Ein Blick in die "Kristallkugel" spart viel Energie

Das Start-up Viboo - ein Spin-off der Schweizerischen Materialforschungsanstalt Empa - hat einen selbstlernenden Algorithmus zur Regelung des Raumklimas entwickelt. Dadurch lassen sich Gebäude vorausschauend kühlen oder heizen und so voraussichtlich rund ein Drittel der Energie einsparen. Nach erfolgreichen Experimenten im Empa-Forschungsgebäude "Nest" werden nun erste Pilotprojekte mit Industriepartnern umgesetzt.

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 und zudem abrupt, da möglichst schnell wieder die Wunschtemperatur erreicht werden soll. Das kostet Energie und schlussendlich Geld. Die Lösung: ein Thermostat, der in die Zukunft blickt und die Temperatur vorausschauend regelt.

Den "Blick in die Kristallkugel" ermöglicht ein Spin-off der Empa, das sich aktuell in der Gründungsphase befindet. Das Unternehmen nennt sich Viboo, was für "viable intelligent building operation optimization" steht. Die Gründer Felix Bünning und Benjamin Huber haben im Laufe ihrer Forschung an der Empa einen Algorithmus entwickelt, der es erlaubt, Gebäude prädiktiv zu klimatisieren.

Das Erstaunliche dabei: Es genügen Gebäudedaten wie die Ventilpositionen und Raumtemperaturen 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 dann 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-Gebäude haben gezeigt, dass mit diesem Ansatz eine Energieeinsparung zwischen 26 und 49 Prozent erreicht werden kann", 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.

Weltweit wird enorm viel Energie für das Heizen und Kühlen von Gebäuden gebraucht. 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 dieser Emissionen leisten", so Bünning. 

Pilot zur smarten Regelung mit Danfoss

Die Feldversuche erzeugten Interesse seitens der Industrie. "Wir fokussieren uns aktuell auf die Hersteller von Thermostaten für Wohngebäude. Viele dieser Unternehmen haben bereits smarte Thermostate in ihrem Portfolio. Mittels einer Cloud-Anbindung können wir unseren Algorithmus in diese integrieren", erklärt Felix Bünning.

Gemeinsam mit der international tätigen Danfoss setzt Viboo nun das erste Pilotprojekt in einem herkömmlichen Gebäude um. Dabei werden die Thermostate im Verwaltungsgebäude der Empa durch Smart-Thermostate ersetzt, auf denen der KI-Algorithmus läuft. Anhand der Raumklima-Daten erstellt dieser zunächst das Gebäudemodell. Danach übernimmt der Algorithmus die Regelung der Heizung über vier Monate hinweg. Im Zentrum steht dabei die Frage: Wie effizient regelt der Algorithmus, verglichen mit der Standard-Lösung? Dies wird Aufschluss darüber geben, wie hoch dessen Potenzial bei herkömmlichen, älteren Gebäuden ist.

Neben dem Piloten laufen bereits Gespräche mit anderen Industriepartnern für weitere Anwendungsmöglichkeiten. Viboo wird beispielsweise in einem neuen Gebäude in Zürich den Algorithmus direkt ins Gebäudeautomationssystem integrieren und so die Regelung im gesamten Bürogebäude optimieren.