Heizenergie sparen dank selbstlernendem Algorithmus

Mit den steigenden Energiepreisen werden im kommenden Winter unweigerlich auch die Heizkosten steigen. Um diese abzufedern, werden Lösungen benötigt, mit denen sich Gebäude effizienter betreiben lassen. Das Empa-Spin-off «viboo» hat dazu einen Algorithmus entwickelt, mit dem man auch ältere Gebäude auf einfachem Weg mit rund einem Viertel weniger Energie betreiben kann. Der Nutzerkomfort bleibt dabei gleich oder verbessert sich sogar.

Loris Pandiani 01.09.2022

Ein Thermostat, der das Raumklima vorausschauend regelt und dadurch die Energieeffizienz und den Komfort verbessert – diese Idee kam den Forschern Felix Bünning und Benjamin Huber im Laufe ihrer Arbeit im «Urban Energy Systems Lab» der Empa. Die beiden entwickelten einen Regelalgorithmus, der basierend auf Wetter- und Gebäudedaten mehrere Stunden im Voraus den idealen Energieaufwand eines Gebäudes berechnen kann. Die ersten Experimente im NEST, dem Forschungs- und Innovationsgebäude von Empa und Eawag, zeigten, dass mit diesem Ansatz rund ein Viertel der Energie eingespart werden kann. Im März 2022 gründeten die beiden Forscher zusammen mit Matthias Sulzer, Senior Researcher an der Empa, offiziell das Spin-off «viboo», um die Lösung auf den Markt zu bringen. Um den Markteintritt zu erleichtern, muss der Algorithmus allerdings noch einigen weiteren Praxistests standhalten.

Pilot in einem Empa-Bürogebäude

«Wir zielen darauf ab, unsere Lösung in ältere Gebäuden zu integrieren, in denen es kein Gebäudeleitsystem gibt», erklärt Benjamin Huber. Aus diesem Grund haben sich die beiden Jungunternehmer dazu entschieden, ihren Algorithmus nach den erfolgreichen Tests im modernen NEST noch weiter auf die Probe zu stellen. Dazu brauchten sie ein geeignetes «älteres» Versuchsobjekt und ein Partnerunternehmen, das smarte Thermostate im Portfolio führt. Ersteres stellte die Empa-Direktion zur Verfügung: das Verwaltungsgebäude, das in den 1960er-Jahren gebaut und 2009 renoviert wurde und damit ein ideales Versuchsobjekt darstellte. Auch beim Partnerunternehmen wurde man fündig. «Mit Danfoss konnten wir einen internationalen Hersteller für das Projekt gewinnen, dessen smarte Heizkörper-Thermostate bereits eine geeignete Schnittstelle besassen. Über diese können die vom viboo-Algorithmus berechneten Stellwerte aus der Cloud an die Hardware übermittelt werden», erklärt Huber.

Im ersten Schritt wechselte das Team die 150 bestehenden analogen Thermostate im Empa-Gebäude durch die smarte Lösung von Danfoss, dem «Danfoss Ally», aus. Danach wurde die Hardware mit der Danfoss Cloud verbunden. Um die Stellwerte für die smarten Thermostaten zu erhalten, kommunizierte die Danfoss Cloud wiederum mit der viboo Cloud, auf der der selbstlernende Algorithmus lief. Damit war das Setup bereit für den Feldversuch.

Die neuen Thermostate regelten das Raumklima von Weihnachten 2021 bis Ende März 2022. Um einen Vergleich ziehen zu können, wurden die Betriebsmodi regelmässig gewechselt, sprich vom viboo-Regler auf den Standardbetrieb von Danfoss Ally und wieder zurück. Am Ende des Versuchs wurden zudem die Nutzerinnen und Nutzer befragt, um zu erfassen, wie der Raumkomfort wahrgenommen wurde und ob solche neuen Lösungen grundsätzlich akzeptiert werden.

Win-win: Weniger Energie, besserer Komfort

Auch bei diesem Pilotprojekt fielen die Ergebnisse sehr positiv aus. Insgesamt wurde rund 23 Prozent weniger Heizenergie gebraucht verglichen mit der Heizperiode im Jahr zuvor – und dies bei gleichbleibendem oder gar besserem Nutzer-Komfort. Im Vergleich dazu sparte Danfoss Ally alleine lediglich zwölf Prozent ein. «In unseren Umfragen haben sich nur ganz wenige Nutzerinnen und Nutzer skeptisch gegenüber der neuen Technologie gezeigt. Das stimmt uns zuversichtlich, dass auch der Markt unsere Lösung annehmen wird», sagt Felix Bünning.

Und auch das Partnerunternehmen zeigt sich beeindruckt von den ersten Ergebnissen. «Wir sehen grosses Potenzial in der Zusammenarbeit mit viboo und denken, dass solche Lösungen die Zukunft sind – nicht nur bei der Regelung eines einzelnen Gebäudes, sondern für ganze Energiesysteme», meint Andrea Cannarozzo, Geschäftsführer der Danfoss AG. Visionär gedacht, könnte der viboo-Algorithmus nämlich künftig verschiedene Smart-Home-Integrationen wie Wärmepumpen oder Solaranlagen optimieren, aber auch dazu beitragen, das elektrische Netz oder Wärmeverbünde nachhaltiger zu betreiben.

Nächste Projekte in der Pipeline

Aber zurück in die nähere Zukunft. Um den Weg für den Markteintritt weiter zu ebnen, führt viboo in der nächsten Heizperiode weitere Pilotprojekte durch – zusammen mit Danfoss, aber auch weiteren Herstellern wie ABB und Schneider Electric. Ziel ist es, zusätzliche Daten zu sammeln und die Lösung in anderen Umgebungen auf die Probe zu stellen.

Gleichzeitig gibt es bereits Interesse seitens der öffentlichen Hand, den Algorithmus in bestehende Gebäude zu integrieren, beispielsweise vom Bundesamt für Bauten und Logistik (BBL) und der Gemeinde Männedorf. Aber auch die Arbeit an der Empa ist für viboo und Danfoss noch nicht abgeschlossen. Die Unternehmen werden künftig noch weitere Gebäude auf dem Campus mit ihrer smarten Lösung ausrüsten.