Wenn der Algorithmus am Thermostat dreht
Das Empa-Spin-off «viboo» hat einen selbstlernenden Algorithmus zur
Regelung des Raumklimas entwickelt. Dadurch lassen sich Gebäude
vorausschauend kühlen oder heizen und so rund ein Drittel Energie
einsparen. Nach erfolgreichen Experimenten im NEST, dem Forschungs- und
Innovationsgebäude von Empa und Eawag, 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 erst noch
abrupt und heftig, 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.
Vorausschauen, um Energie zu sparen
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 regeln. Das Erstaunliche dabei: Es 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 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 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. 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 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. Dass dieses 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 dieser Unternehmen 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» nun das erste Pilotprojekt in
einem herkömmlichen Gebäude um. Dabei werden die Thermostate im
Verwaltungsgebäude der Empa durch Smart-Thermostate ersetzt, auf denen der
«viboo»-Algorithmus läuft. Anhand der Raumklima-Daten erstellt dieser
zunächst das Gebäude-Modell. 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 Pilotprojekt laufen aber auch bereits Gespräche mit anderen
Industriepartnern, um weitere Anwendungsmöglichkeiten auszuloten. «viboo»
wird beispielsweise in einem neuen Gebäude in Zürich den Algorithmus
direkt ins Gebäudeautomationssystem integrieren und so die Regelung im
gesamten Bürogebäude optimieren.
