Energieeffizienz 31.01.2020, 07:00 Uhr

Selbstlernende Heizungssteuerung handelt vorausschauend

Aufwendiges Programmieren von Heizungsanlagen könnte bald der Vergangenheit angehören. Forscher haben ein selbstlernendes System entwickelt, das Daten aus dem vorangegangenen Jahr sowie den aktuellen Wetterbericht in die eigenständige Steuerung einbezieht.

Heizung

Das manuelle Einstellen von Thermostaten führt zu höheren Heizkosten.

Foto: panthermedia.net / LCalek

Wo lässt sich Energie einsparen und damit der Ausstoß schädlicher Emissionen wie Kohlendioxid indirekt verringern? Das ist eine Frage, mit der sich sowohl die Industrie beschäftigt als auch der Endverbraucher. Davon abgesehen, dass mit dem Energieverbrauch natürlich die Kosten sinken. Immer wieder steht hier das Thema Heizen im Fokus. Denn laut dem Umweltbundesamt werden in privaten Haushalten mehr als zwei Drittel des Energieverbrauchs für die Heizungsanlage benötigt. Hier steckt also offensichtlich das größte Potenzial für Einsparungen.

Ein Faktor für wirtschaftlich ungünstiges Heizverhalten ist ohne Frage der Mensch. Bei manuell einstellbaren Heizkörpern kommt es häufig vor, dass die Temperatur zu hoch gedreht wird oder Räume zu Zeiten beheizt sind, in denen sie keiner nutzt. Selbst mit programmierbaren digitalen Thermostaten lässt sich dieses Problem nur begrenzt lösen, weil sie unter anderem keinen Einfluss auf die Vorheiztemperatur nehmen. Es ist nicht vorgesehen, dass sie die Anlage an warmen Tagen vollständig abschalten. All das könnte gelöst werden durch künstliche Intelligenz. Wissenschaftler der Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben vorausschauende Systeme entwickelt, die so kostengünstig sind, dass sie auch in Eigenheimen genutzt werden könnten.

Künstliche Intelligenz braucht ein Viertel weniger Energie

In gewerblich genutzten Gebäuden sind automatisierte Heizungsanlagen heutzutage bereits normal. Sie arbeiten mit Szenarien, die für jedes Gebäude einzeln berechnet und programmiert werden. Das funktioniert gut und spart Energie und Geld. Doch für ein kleines Eigenheim wäre solch eine Anlage nicht finanzierbar. Das soll mit dem neuen System der Empa anders sein. Die Forscher haben dafür eine selbstlernende Software, also eine künstliche Intelligenz, entwickelt. Die haben sie mit Daten des vergangenen Jahres sowie mit der aktuellen Wettervorhersage gefüttert. Daraufhin sei es der smarten Steuerung gelungen, den Wärmebedarf des Gebäudes im Voraus einzuschätzen.

Um die Höhe des Einsparpotenzials zu bestimmen, führten die Wissenschaftler zwei Praxistests durch. Im Empa-Forschungsgebäude NEST nutzten sie dafür eine große Wohnküche, die symmetrisch von zwei Studentenzimmern eingerahmt ist. Beide Zimmer haben eine Größe von jeweils 18 Quadratmetern. Die gesamte Fensterfront ist nach Ostsüdost ausgerichtet, also zur Vormittagssonne – ideale Bedingungen für einen Vergleichstest. Zum Heizen und Kühlen läuft Wasser durch eine Deckenverkleidung aus Edelstahl, die sich für die Räume durch ein Ventil einzeln einstellen lässt.

Stellenangebote im Bereich Energie & Umwelt

Energie & Umwelt Jobs
naturenergie netze GmbH-Firmenlogo
Ingenieur als Teamleiter Netzleitstelle (m/w/d) naturenergie netze GmbH
Rheinfelden (Baden), Donaueschingen Zum Job 
Stadtwerke Potsdam GmbH-Firmenlogo
Experte (m/w/d) Energieinfrastruktur und Bauprojekte - Planung und Realisierung - Stadtwerke Potsdam GmbH
Potsdam Zum Job 
Gemeinde Steinen-Firmenlogo
Leiter/in des Fachbereichs Bauen und Umwelt (w/m/d) Gemeinde Steinen
Steinen Zum Job 
Netz Leipzig GmbH-Firmenlogo
Teamleitung (m/w/d) Leitstelle Strom Netz Leipzig GmbH
Leipzig Zum Job 
Duale Hochschule Sachsen (DHSN)-Firmenlogo
W2-Professur für "Umweltanalytik und Umwelttechnik" (m/w/d) Duale Hochschule Sachsen (DHSN)
GW Batterien GmbH-Firmenlogo
Anwendungstechniker (m/w/d) GW Batterien GmbH
Zwickau Zum Job 
AOK Hessen. Die Gesundheitskasse.-Firmenlogo
Ingenieur / Elektrotechniker (m/w/d) AOK Hessen. Die Gesundheitskasse.
Groß-Gerau Zum Job 
Alltech Dosieranlagen GmbH-Firmenlogo
Vertriebs- und Projektingenieur (m/w/d) Schwerpunkt: Verfahrenstechnik / Umwelttechnik / Elektrotechnik Alltech Dosieranlagen GmbH
Weingarten Zum Job 
SOCON Sonar Control Kavernenvermessung GmbH-Firmenlogo
Vermessungsingenieur / Geodäsie (m/w/d) SOCON Sonar Control Kavernenvermessung GmbH
Gießen Zum Job 
Stadtwerke Essen AG-Firmenlogo
Ingenieur / Techniker (gn) für Kanal- und Entwässerungsplanung Stadtwerke Essen AG
ista SE-Firmenlogo
Projektingenieur - Technische Gebäudeausrüstung und Energiedienstleistungen (m/w/d) ista SE
Region Hamburg, Berlin oder Düsseldorf / Köln (West) Zum Job 
Landkreis Wesermarsch-Firmenlogo
Diplom-Ingenieur*in (m/w/d) / Bachelor / Master der Fachrichtungen Agrarwirtschaft, Landespflege, Landschaftsplanung/-entwicklung oder Landschaftsökologie Landkreis Wesermarsch
Forschungszentrum Jülich GmbH-Firmenlogo
PhD Position - Techno-economic assessment of geothermal plants with material co-production in energy systems Forschungszentrum Jülich GmbH
Jülich Zum Job 
Landkreis Friesland-Firmenlogo
Kommunaler Energiemanager (m/w/d) Landkreis Friesland
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieur (w/m/d) für Geotechnik, Abfall, Altlasten und Georisiken Die Autobahn GmbH des Bundes
Nürnberg Zum Job 
HIC Consulting-Firmenlogo
Geschäftsführer (m/w/d) HIC Consulting
Hamburg Zum Job 
Hochschule Emden/Leer-Firmenlogo
Wissenschaftliche*r Mitarbeiter*in im Projekt "OS-Lotse" Hochschule Emden/Leer
Stadt Langenhagen-Firmenlogo
Leiter (m/w/d) der Abteilung Stadtgrün und Friedhöfe Stadt Langenhagen
Langenhagen Zum Job 

Die Forscher begannen mit einem Kühlexperiment, da sie die Versuchsreihe im Sommer starteten. Die Versuchsperiode war fünf Tage lang. In dieser Zeit entwickelte sich das Wetter von relativ kühl zu Hitze mit bis an die 40 Grad Celsius. Die erwünschte Temperatur für die beiden Zimmer war mit maximal 25 Grad am Tag und 23 Grad in der Nacht festgelegt. In einem Raum wurde die Kühlung über die künstliche Intelligenz gesteuert, in dem anderen über ein herkömmliches Thermostatventil. Das Ergebnis: Die smarte Steuerung erreichte die Temperaturvorgaben besser als das handelsübliche Ventil und benötigte dafür satte 25% weniger Energie.

Vorausschauende Aktivität ist der Schlüssel für mehr Effizienz

Bei der Analyse des Systems fanden die Forscher auch heraus, wie diese Einsparungen zustande kamen: Am Vormittag, wenn die Sonne in die Fenster schien, fing die intelligente Steuerung vorausschauend an, den Raum zu kühlen. Das mechanische Thermostat setzte die Kühlung jedoch erst in Gang, als die Temperatur bereits sehr hoch war, dafür dann aber mit voller Leistung. Einen weiteren Testlauf, diesmal mit Heizenergie, haben die Wissenschaftler im November durchgeführt. Auch hier seien die Ergebnisse vielversprechend gewesen, die genaue Auswertung laufe jedoch noch.

Im nächsten Schritt soll die künstliche Intelligenz ihre Kompetenz in einer Alltagssituation unter Beweis stellen: „Um das System im realen Umfeld zu testen, haben wir einen größeren Feldversuch in einem Mehrfamilienhaus mit 60 Wohnungen geplant. Wir werden vier dieser Wohnungen mit unserer intelligenten Heiz- und Kühlsteuerung ausrüsten“, sagt Projektleiter Felix Bünning. Er ist überzeugt davon, dass Regler, die auf Machine Learning basieren, eine große Chance für die Zukunft sind. „Mit dieser Methode können wir mit relativ einfachen Mitteln und den gesammelten Daten eine gute, energiesparende Nachrüstungslösung für bestehende Heizungen konstruieren.“

Mehr zum Thema Energie:

Ein Beitrag von:

  • Nicole Lücke

    Nicole Lücke macht Wissenschaftsjournalismus für Forschungszentren und Hochschulen, berichtet von medizinischen Fachkongressen und betreut Kundenmagazine für Energieversorger. Sie ist Gesellschafterin von Content Qualitäten. Ihre Themen: Energie, Technik, Nachhaltigkeit, Medizin/Medizintechnik.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.