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Intelligenzschub für Gebäude

08.06.2015

Die Stromversorgung einer Stadt schwankt erheblich – manchmal reicht dafür ein einfacher Wetterumschwung. Künftig sollen nicht nur Stromnetze, sondern auch Gebäude solche Fluktuationen besser vorhersagen und ausbalancieren. Siemens arbeitet schon heute an solchen intelligenten Gebäude-Systemen für die smarte Stadt der Zukunft.

Ein Gebäude, das in der Stadt der Zukunft bestehen will, braucht ein Gehirn, das wie ein Diplomat zwischen den Akteuren vermittelt und einen Interessenausgleich schafft: Strom sparen, den Lebens- und Arbeitskomfort der Gebäudenutzer erhalten und dem Bedürfnis des Netzanbieters nach Netzstabilität nachkommen.


Siemens City in Wien: Das 2010 eröffnete Gebäude zeichnet sich durch eine besonders nachhaltige Bauweise und den Einsatz modernster und hocheffizienter Gebäudetechnik aus.

Siemens hat bereits solch ein Gehirn entwickelt, ein zentrales Nervensystem für Gebäude: Desigo CC, die erste Managementstation, die es ermöglicht, alle Funktionen eines Gebäudes in eine einzige, intuitiv bedienbare Plattform zu integrieren. „Brandschutz, Heizung, Lüftung und Klimatisierung, Beleuchtung, Videoüberwachung – sämtliche Funktionen in einem Bauwerk werden heute meist als einzelne Systeme unabhängig voneinander gesteuert“, sagt Naoufel Ayachi von Siemens Building Technologies.

„Unser System vereint diese Funktionen – oder Gewerke – erstmals in einer Gebäudemanagementstation, die deren Status in Echtzeit abbildet. Mitarbeiter müssen so nur noch für den Gebrauch eines einzigen Systems geschult werden. Nicht nur deshalb ist Desigo CC heute bereits in vielen Bürokomplexen, Schulen, Krankenhäusern, Einkaufszentren sowie manchem Flughafen im Einsatz.“

Trotz dieses Erfolgs: Die Standardfunktionen des Systems sind nur der Anfang. Mittlerweile ist Desigo Kernelement zahlreicher Siemens-Entwicklungen, die Gebäude und künftig sogar ganze Stadtviertel „smart“ werden lassen.

Elektroautos als Batterien

Beispiel Straßenverkehr: Künftig werden mehr und mehr Elektrofahrzeuge als Verbraucher das Stromnetz besonders in Städten zusätzlich belasten. Wie sich eine Flotte von Elektroautos in das Gebäudemanagement integrieren lässt, konnten Siemens-Forscher im Rahmen des EU-Forschungsprojekts „Artemis – Internet of Energy“ mithilfe der Desigo-Plattform zeigen. „Dabei haben wir Elektrofahrzeuge an Desigo angebunden und nicht nur als Verbraucher, sondern auch als temporäre Energiespeicher betrachtet“, erklärt Randolf Mock von Siemens Corporate Technology.

„Als Teil eines Gebäudemanagements fungieren sie dann letztlich als Batterien: Morgens kommen sie am Bürogebäude an, werden an die Ladestationen angeschlossen und müssen erst gegen Abend, wenn die Mitarbeiter nach Hause fahren, geladen sein. In der Zwischenzeit werden die Autos als Puffer genutzt, die zum Beispiel bei plötzlich aufkommender starker Bewölkung Strom in das System abgeben und damit eine geringe Auslastung der Photovoltaik auf dem Dach ausgleichen.“

Grundlage dafür ist das sogenannte Internet of Energy: Dabei kommunizieren die Fahrzeuge mit den Ladestationen. Das Managementsystem ruft dort den Ladebedarf der Einheiten ab und kann zusammen mit den Daten von Klimaanlage, Heizung und anderen Verbrauchern eine Verbrauchsprognose für den nächsten Tag erstellen. „Diese wird dann an den Netzbetreiber gemeldet, der daraufhin für eine garantierte Stromabnahmemenge einen Festpreis vorschlägt.

Verlässt das Gebäude am nächsten Tag das vereinbarte Bedarfsband, verbraucht also zu viel oder zu wenig Strom, droht eine Strafzahlung. Um dies zu verhindern, nutzt Desigo die Elektrofahrzeuge an den Ladesäulen als Stromaufnahme- oder Stromabgabestationen und kann so den Verbrauch des ganzen Gebäudes stabil halten“, so Mock.

Spitzenlast reduzieren

Das Desigo-System ist jedoch nicht die einzige Smart-Building-Lösung, an der Siemens arbeitet. Dass intelligente Gebäude nicht nur der Schlüssel zur Integration von Elektrofahrzeugen, sondern auch zu stabilen Netzen und einem geringeren Energieverbrauch sein können, zeigt ein Blick über den großen Teich auf ein weiteres Projekt.

„In den USA gibt es eine ganze Reihe von Kraftwerken, genannt Peaker Power Plants, die nur wenige Stunden im Jahr Energie produzieren, nämlich dann, wenn zu Spitzenlastzeiten eine Überlastung der Netze verhindert werden muss“, berichtet Thomas Grünewald von Siemens Corporate Technology Princeton. „Diese Spitzenlastkraftwerke zu betreiben ist sehr teuer, weshalb der Bedarf an günstigeren Lösungen groß ist. Einen ersten Aufschlag haben wir vor einigen Jahren an der University of California in Berkeley gemacht.“

Grünewalds Team stattete dort ein Gebäude mit einer „Smart Energy Box“ aus. Dieses System kann den Energieverbrauch in einer Spitzenlastphase gezielt reduzieren, das Gesamtnetz entlasten und so auch Geld sparen. „Die Smart Energy Box kann dabei gezielt einzelne Verbraucher herunterfahren, etwa die Beleuchtung oder die Klimatisierung“, erklärt Grünewald.

„Dabei berücksichtigt sie unter anderem den erwarteten Strompreis, die prognostizierten Wetterbedingungen und Richtwerte für ein gutes Raumklima, sodass Energie und Geld gespart werden und zugleich Komfort und Produktivität der Mitarbeiter erhalten bleiben. Auch außerhalb von Spitzenlastzeiten lässt sich so der Energieverbrauch senken, im Falle von Berkeley um bis zu 30 Prozent.“

Bei einem Projekt in Colorado Springs gingen die Siemens-Forscher noch einen Schritt weiter. „In der dortigen US Air Force Academy haben wir einen ganzen Gebäudekomplex in einem Microgrid vernetzt, bei dem sich, wie in Berkeley, ein Orchestrator beim Energiemanagement am Strompreis und am Wettergeschehen orientiert. In der Academy kann das Einsparpotenzial aber auf mehrere Gebäude verteilen werden. Solche sich am Markt orientierenden Microgrids mit einem gemeinsamen Energiemanagement sind die nächstgrößere Einheit nach dem Gebäude selbst. Künftig könnten ganze Stadtviertel in einem solchen intelligenten Netz agieren und miteinander kommunizieren“, so der Experte.

Digitaler, ausgeglichener, persönlicher

Bereits heute lassen sich an den Siemens-Projekten die großen Entwicklungslinien in Sachen „Smart Buildings“ ablesen. Intelligente Gebäude werden ihren Verbrauch in Zukunft immer feiner steuern können und sich dabei mit anderen Gebäuden zu Microgrids vernetzen. So stabilisieren sie das Gesamtnetz, gleichen Schwankungen aus und senken den Gesamtenergieverbrauch.

„Die smarten Gebäude der Zukunft werden dazu zahlreiche Zwischenspeicher nutzen: etwa die genannten Elektrofahrzeuge oder thermische Speicher wie Wassertanks und mechanische Speicher wie Schwungräder. Desigo bietet einen Vorgeschmack darauf, wie Energieverbrauch künftig orchestriert und intelligent gesteuert werden kann“, erläutert Randolf Mock.

„Die intelligente Gebäudesteuerung wird zudem immer digitaler werden. Künftig wird es Cloud-Lösungen ohne Infrastruktur vor Ort geben. Die Kosten wären deutlich geringer, die Systeme wären wartungsfrei, bräuchten kaum Personal und ließen sich von Kunden dauerhaft oder gezielt nur für bestimmte Zeiträume buchen“, ergänzt Naoufel Ayachi. „Die Einstellungen könnten Nutzer dann ganz einfach auf ihrem Smartphone vornehmen.“

Ähnlich sieht es Thomas Grünewald: „Der Nutzer wird künftig etwa über Smartphones intensiv mit dem Gebäude kommunizieren und zum Beispiel ein persönliches Wohlfühlprofil vorgeben können. Das Gebäudemanagementsystem wiederum könnte auf Basis des digitalen Terminkalenders den Arbeitsplatz vor Ankunft des Mitarbeiters entsprechend anpassen und bei ‚Out of Office‘ Energie sparen.“

Damit ist klar: Im Gebäude der Zukunft wird der digitale Hausdiplomat neben einem zentralen Nervensystem vor allem eines haben – ein offenes Ohr für die Wünsche seiner Bewohner.

Weitere Informationen: www.siemens.com

Nils Ehrenberg | Siemens - Pictures of the Future

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