Von smarten zu autonomen Gebäuden – Gastkommentar Forbes

Laut der US-Klimabehörde NOAA stehen die weltweiten CO2-Emissionen auf einem noch nie dagewesenen Höchststand – um genau zu sein haben wir den historischen Höchststand seit 1 Mio. Jahre erreicht – mit dramatischen Folgen für unser Klima. Viele der entstehenden Risiken ballen sich dabei vor allem in urbanen Räumen. Städte stehen aber nicht nur aufgrund der Klimakrise vor immer größeren Herausforderungen, hinzu kommen die steigenden Energiepreise, die damit verbundene drohende Energieknappheit und Risiken der Versorgungssicherheit sowie das zunehmende Bevölkerungswachstum und die zunehmende Erhitzung, welche den Energiebedarf in Ballungsräumen weiter antreiben. Um die Zukunftsfähigkeit von Städten und die Lebensqualität ihrer Bewohner*innen zu sichern, kommt Smart Cities eine tragende Rolle zu. Intelligente Städte und Gebäude können die Energieeffizienz wesentlich verbessern, schließlich geht allein in der Europäischen Union 40 Prozent des Energieverbrauchs auf Gebäude zurück.

Damit eine Stadt auch wirklich zu einer Smart City wird, benötigt es Vernetzung. Ein Komplex allein ist nicht ausreichend, um den Verbrauch in Städten intelligent zu steuern. Das verbindende Element ist der eigenständige Austausch der Gebäude untereinander, sodass der Mensch so wenig wie möglich in Systeme eingreifen muss, aber schnellstmöglich zu richtigen Entscheidungen kommt. Genau dazu forscht die Aspern Smart City Research GmbH seit 2013 gemeinsam mit Siemens, der Wien Energie, den Wiener Netzen, der Wirtschaftsagentur und Wien 3420. Ausgestattet mit modernster Technik stehen Gebäude unterschiedlicher Infrastruktur miteinander im Austausch, sammeln Daten und sollen nun auch künftig möglichst autonome Entscheidungen zugunsten klimafreundlicher Energienutzung treffen.

Die ASCR hat ihre beforschten Gebäude in aspern Seestadt schon in der ersten Forschungsphase digitalisiert und mit Sensoren versehen, sodass die sogenannten Testbeds – ein Wohngebäude, Studierendenwohnheim, ein Bildungscampus, ein Technologiezentrum und ein Bürogebäude mit Sportanlagen und Garagenplätzen – im Livebetrieb Daten zu Energieverbrauch, Netzbelastung und Nutzungsgewohnheiten der Bewohner*innen Vorhersagen und Entscheidungen bei Störungen treffen können. In der aktuellen Forschungsphase wurden Photovoltaik-Anlagen, Solarthermie, Hybridanlagen und Wärmepumpen, aber auch E-Ladestationen mit selbstlernenden Systemen versehen, die im Livebetrieb aus mehr als 1,5 Mio. Datenpunkten schöpfen und diese bewerten können. So reagieren die Netze eigenständig auf Veränderungen oder Störungen – je unter Berücksichtigung von Informationen der Nutzungsgewohnheiten, der Sensordaten und der Wetterprognose berechnen die „sprechenden“ Gebäude den Energiebedarf und die eigene Produktion. Der ASCR ist es damit gelungen, den Energieverbrauch von Gebäuden nicht nur intelligent zu nutzen, sondern auch zu produzieren und bei Bedarf in das Netz einzuspeichern. Bei systemrelevanter Infrastruktur wie Krankenhäusern kann somit im Gebäudebetrieb Störungen vorhergesagt und – noch viel wichtiger – Ausfälle verhindert werden.

Verbindung der physikalischen und digitalen Welt

Um den Energieverbrauch, die Netzbelastung unter Berücksichtigung der Nutzungsgewohnheiten von Bewohner*innen besser zu verstehen, reicht es allerdings nicht aus, Gebäude oder Städte zu digitalisieren. Vielmehr sind die Konnektivität und später die Automatisierung der wesentliche Schlüssel für mehr Energieeffizienz.

Für Netzbetreiber ist es wichtig zu erfahren, zu welchen Zeiten Energiespitzen das Netz belasten oder wann Energie gespeichert werden kann. Netze müssen reagieren, Störungen erkennen, selbst beheben – und später eigenständig Entscheidungen treffen und daraus lernen können. Dafür untersucht die ASCR nun gemeinsam mit der Siemens, Wien Energie und den Wiener Netze, wie Netze, Gebäude, aber auch die Informations- und Kommunikationstechnologie zu autonomen Zusammenschlüssen werden. Die Systeme bringen dabei die Interessen aller zusammen, etwa von Netzbetreiber, Wärmeanbieter und Bewohner*innen.

Autonome Gebäude sind im Kommen

Während smart Buildings bereits selbst Entscheidungen hinsichtlich Energieverbrauch und -verteilung treffen, streben autonome Gebäude, um die Umweltbelastung zu optimieren und den Energieverbrauch zu senken, einen wesentlich höheren Automatisierungsgrad als intelligente Gebäude an. Intelligente Gebäude regeln betriebliche Aspekte des Gebäudes, wie beispielsweise die Regelung von Heizung, Kühlung und Energieverbrauch. Autonome Gebäude gehen einen Schritt weiter und zielen darauf ab die Kosten für Instandhaltung eines Gebäudes zu senken oder verbessern mit Hilfe der Vernetzung der gesammelten Daten die Umweltauswirkungen und CO2-Ausstoß eines Gebäudes. Autonome Gebäude agieren dabei nicht als isolierte Einheit, sondern sind Teil einer Interaktion zwischen Gebäuden und intelligenten Systemen für Wasserversorgung, Wärme- und Kälteregelung aber auch für die Netzinfrastruktur.

Immer mehr Städte werden zu smarten Gefügen – der nächste Schritt aus Sicht der ASCR wäre demnach diese zu automatisieren und ein vernetztes System zu schaffen. Nur wenn ein Datenaustausch möglich gemacht wird und die gesammelten Infos in Entscheidungen miteinfließen können, können Städte den großen Herausforderungen der Zukunft gerecht werden: der Klimakrise, der Überhitzung von Städten und dem erhöhten Energiebedarf.