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Über ein Drittel Heizenergie sparen

Schweizer Forscher entwickeln KI-Algorithmus

Thermostat
Das Empa-Spin-off »viboo« entwickelt ein Thermostat – der in die Zukunft blickt und die Temperatur vorausschauend regelt.
© viboo

Das Empa-Spin-off »viboo« hat einen selbstlernenden Algorithmus zur Regelung des Raumklimas entwickelt. Hiermit lassen sich Gebäude vorausschauend kühlen oder heizen und so rund ein Drittel Energie einsparen. Nach erfolgreichen Experimenten laufen ab sofort erste Pilotprojekte an.

Herkömmliche Thermostate, die heute in vielen Wohngebäuden verbaut sind, reagieren erst, wenn die Temperatur einen gewissen Schwellenwert unter- oder überschreitet. Die Reaktion ist deshalb immer zu spät – außerdem erst noch abrupt und heftig, da möglichst schnell wieder die Wunschtemperatur erreicht werden soll. Zum einen kostet das Energie, zum anderen schlussendlich Geld. Forschende am Empa – der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt in der Schweiz – entwickelten nun eine Lösung für das Problem: ein Thermostat, der in die Zukunft blickt und die Temperatur vorausschauend regelt.

Vorausschauen, um Energie zu sparen

Den Blick in die Kristallkugel ermöglicht ein Spin-off der Empa, das sich aktuell in der Gründungsphase befindet. »Viboo« steht für »viable intelligent building operation optimization«. Die Gründer Felix Bünning und Benjamin Huber haben im Laufe ihrer Forschung an der Empa einen Algorithmus entwickelt, der es erlaubt, Gebäude prädiktiv zu regeln. Hierbei genügen Gebäudedaten, wie die Ventilpositionen und Messungen der Raumtemperatur, von lediglich zwei Wochen, um ein Modell des Gebäudes zu erstellen. In Kombination mit Vorhersagen zur lokalen Aussentemperatur und zur globalen Sonneneinstrahlung, berechnet der Algorithmus anschließend eigenständig bis zu zwölf Stunden im Voraus den idealen Energieaufwand, um das Gebäude zu heizen oder zu kühlen. Damit entfallen hektische, reaktive Regelungen, was deutlich weniger Energie benötigt.

»Das Potenzial ist enorm. Unsere Experimente im »NEST« haben gezeigt, dass wir mit diesem Ansatz eine Energieeinsparung zwischen 26 und 49 Prozent erreichen können«, erklärt Felix Bünning. Die Forscher nutzten das Forschungs- und Innovationsgebäude auf dem Empa-Campus, um den Algorithmus in einer realen Umgebung zu testen und weiterzuentwickeln. Die Feldversuche erzeugten Interesse seitens der Industrie, und den Forschern wurde klar, dass ihr Algorithmus von der Forschung auf den Markt gebracht werden sollte.

Die Motivation der beiden Wissenschaftler ist dabei nicht etwa finanzieller, sondern vielmehr gesellschaftlicher Natur. »Weltweit geht enorm viel Energie für das Heizen und Kühlen von Gebäuden verloren. Nicht zuletzt deshalb verursacht der Gebäudebereich einen großen Anteil der weltweiten CO2-Emissionen. Mit unserem Algorithmus möchten wir möglichst vielen Haushalten helfen, Energie zu sparen und so unseren Beitrag zur Reduktion der Emissionen leisten», so Bünning. Dass das Vorhaben sinnvoll ist, hat auch bereits eine erste Förderinitiativen erkannt. Im November 2021 hat »Venture Kick« viboo einen Förderbeitrag von 40.000 Franken zugesprochen. Außerdem wird Bünning durch ein »BRIDGE Proof of Concept Fellowship« des Schweizerischen Nationalfonds und Innosuisse unterstützt.

Pilotprojekt zur smarten Regelung

»Wir fokussieren uns aktuell auf die Hersteller von Thermostaten für Wohngebäude. Viele haben bereits smarte Thermostate in ihrem Portfolio. Mittels einer Cloud-Anbindung können wir unseren Algorithmus in diese integrieren«, erklärt Felix Bünning. Ein erster Partner ist der international tätige Thermostathersteller Danfoss. Gemeinsam mit dem Unternehmen setzt viboo das erste Pilotprojekt in einem herkömmlichen Gebäude um.

Hierbei werden die Thermostate im Verwaltungsgebäude der Empa durch Smart-Thermostate ersetzt, auf denen der viboo-Algorithmus läuft. Anhand der Raumklima-Daten erstellt er zunächst das Gebäude-Modell. Anschließend regelt der Algorithmus die Heizung über vier Monate hinweg. Im Zentrum steht hierbei die Frage: Wie effizient regelt der Algorithmus verglichen mit der Standard-Lösung? Der Test soll Aufschluss darüber geben, wie hoch das Einsparpotenzial bei herkömmlichen, alten Gebäuden ist.

Neben dem Pilotprojekt laufen bereits Gespräche mit anderen Industriepartnern, um weitere Anwendungsmöglichkeiten auszuloten. Zum Beispiel integriert viboo den Algorithmus direkt ins Gebäudeautomationssystem eines alten Gebäudes in Zürich, um so die Regelung im gesamten Bürogebäude zu optimieren.


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