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KI steuert Energieverbrauch von Schule in Wien-Donaustadt

Die Heizung per Hand einstellen? Das gehört in der Schule in Wien-Aspern der Vergangenheit an.
Die Heizung per Hand einstellen? Das gehört in der Schule in Wien-Aspern der Vergangenheit an. ©APA/dpa
Eine Kooperation von Siemens und der Uni Stanford wird an einer Wiener Schule ausgetestet: Eine Künstliche Intelligenz (KI) soll Heizung und Klimaanlage regulieren und so Energie einsparen.

40 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs gehen in Bauwerke. Davon lassen sich in einem durchschnittlichen Gebäude 40 Prozent einsparen, wissen Patrick Shiel und Sergio Tarantino von der Universität Stanford (USA). Gemeinsam mit Siemens forschen sie daran, per "digitalem Zwilling" und Künstlicher Intelligenz (KI) dieses ungenützte Potenzial zu realisieren. Testgebäude ist eine Schule in Wien.

Am Center for Integrated Facility Engineering (CIFE) der Universität Stanford wird seit Jahren daran geforscht, die Energieperformance von Bauwerken zu verbessern. Wurde in Stanford der theoretische Rahmen dafür gelegt, wird dieser nun gemeinsam mit Siemens zur Anwendung gebracht: Sämtliche Kennzahlen eines Gebäudes werden dabei in einem "digitalen Zwilling" gespeichert. Diese und weitere situationsabhängige Daten wie die Anzahl der in einem Raum befindlichen Personen, der CO2-Gehalt in der Luft oder der aktuelle Wetterbericht können anschließend von einer KI ausgewertet und der Energiehaushalt des Gebäudes überwacht sowie optimal gesteuert werden.

Bis zu 25 Prozent Energieeinsparung möglich

Gebäude würden zwar heutzutage energieeffizient geplant, ihre tatsächliche Performance werde aber später kaum überprüft, so Tarantino kürzlich vor Journalisten in Wien. Die Forscher gehen davon aus, dass die tatsächliche Energiebilanz die geplanten Werte signifikant überschreitet - und dass durch das intelligente Energiemanagement sogar der geplante Wert noch unterschritten werden kann. Allein durch Monitoring lassen sich sechs bis zehn Prozent des Energieverbrauchs einsparen, sagte Josef Stadlinger von Siemens Smart Infrastructure. Weitere 20 bis 25 Prozent würden durch den Einbau von zusätzlichen Sensoren und Optimierung des Gebäudeautomatisierungssystems möglich, und durch einen digitalen Zwilling noch einmal zehn Prozent. Diese Zahlen sollen in weiterer Folge auf ihren Wahrheitsgehalt geprüft werden.

Schule in Wien-Donaustadt als "Versuchskaninchen"

Nun befindet sich das Forschungsprojekt am Übergang zu Schritt Zwei, der Implementierung der theoretischen Erkenntnisse in die Realität. Als Testgebäude dient die Schule Seestadt Aspern in Wien-Donaustadt. Der 2015 in Betrieb genommene Bildungscampus wird häufig für Energieeffizienz-Demonstrationsprojekte herangezogen, weshalb es bereits eine gut gefütterte Datenbasis gibt, die sich die Forscher für ihr Projekt zunutze machen wollen.

Das Gebäude ist mit Technik von Siemens ausgestattet, die Messungen der Raumtemperatur, der Luftfeuchte, der CO2-Konzentration und der Belüftung erlaubt. Eine dahinterstehende Gebäudesteuerung und Management Software kombiniert diese Daten mit der aktuellen Wettervorhersage und weiteren Einflussfaktoren.

Laser scannt Schule vom Keller bis zum Dach

Nun wurde die Schule einem gründlichen Laserscan unterzogen, woraus eine digitale Karte des Gebäudes sowie der sich darin befindenden Möbel erstellt werden soll. Im Anschluss werden sämtliche Daten von einer KI automatisch zusammengefasst, analysiert und Empfehlungen generiert, die es ermöglichen, die Systeme so zu optimieren, dass die beste Performance mit dem niedrigsten Energieinput erzielt wird.

In der Praxis bedeutet das: Die KI berechnet beispielsweise genau, wie viel an einem Montagmorgen in jedem Raum geheizt werden muss, wenn die Außentemperatur fünf Grad beträgt und die Schule im Laufe des Wochenendes auskühlt ist. In die Rechnung werden auch dynamische Faktoren wie die Körpertemperatur der Personen, die sich im Gebäude aufhalten, miteinbezogen. In einer Langzeitstudie soll nun beobachtet werden, welche Werte sich so tatsächlich und zusätzlich zu den bereits vorhandenen Systemen erzielen lassen. Das Ziel ist ein optimaler Energiehaushalt - ohne Einbußen beim Komfort.

Kosten beginnen bei 100.000 Euro

Derzeit liegt der Fokus der Forschung auf Büro- und Gewerbebauten, in Zukunft werde man bestimmt auch über den Einsatz in Wohnbauten nachdenken, sind sich die Wissenschafter einig. Durch die individualisierten Verhaltensmuster in einem Privatgebäude gestalte sich das Management aber um einiges komplizierter als in einer Schule, wo man mit hoher Genauigkeit wisse, wie viele Personen sich wann in bestimmten Räumen des Gebäudes aufhalten.

"Die Kosten, um ein existierendes Building Management System auf den gleichen Stand wie die Schule in der Seestadt zu bringen, beginnen bei rund 100.000 Euro, je nach Art, Zustand und Größe des Gebäudes", berichtete Stadlinger - nicht viel, wenn man dadurch einen Großteil der Energiekosten einspart. Dazu komme, dass der Gebäudebetrieb im Grunde ohne Störungen wie gewohnt weitergehen kann, da bis auf den Einbau einiger Sensoren und Steuerungen keine Bauarbeiten vorzunehmen sind. Für die Zukunft könnten sich die Forscher aus Stanford ein Bonus-Malus-System vorstellen, in dem gute Energieleistung belohnt und schlechte durch Zahlungen bestraft wird.

(APA/red)

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