Smart Building Wie das IoT Energieverbrauch und Emissionen in Gebäuden reduzieren kann

Ein Gastbeitrag von Mark Beecham*

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Umweltfreundlichkeit ist bei Gebäuden ein wichtiger Faktor. Dazu müssen sie intelligenter werden. Das Internet of Things ist die perfekte technologische Grundlage dafür.

Gebäude sind ein zentraler Faktor, wenn es um den Energieverbrauch geht. Das Internet of Things kann sowohl bei der Energieverteilung als auch bei Heizung, Lüftung und Klimatisierung unterstützen – birgt aber auch Risiken, die es zu beachten gilt.
Gebäude sind ein zentraler Faktor, wenn es um den Energieverbrauch geht. Das Internet of Things kann sowohl bei der Energieverteilung als auch bei Heizung, Lüftung und Klimatisierung unterstützen – birgt aber auch Risiken, die es zu beachten gilt.
(Bild: gemeinfrei / Unsplash)

Zum Erreichen der globalen Klimaziele muss auch der Energieverbrauch von Gebäuden gesenkt werden. Nach Angaben des UN-Umweltprogramms (UNEP) sind Gebäude inklusive der Bauindustrie für bis zu 38 Prozent der weltweiten, energiebedingten CO2-Emissionen verantwortlich. Die Internationale Energieagentur (IEA) geht davon aus, dass sich die CO2-Emissionen von Gebäuden bis 2030 halbieren müssen, damit wir bis 2050 das Klimaziel ‚Null Kohlenstoff‘ bei Gebäuden erreichen.

In Europa sind Gebäude die größten einzelnen Energieverbraucher und haben einen Anteil von 40 Prozent des Energiebedarfs in der EU. Die Europäische Union erließ aus diesem Grund Rechtsvorschriften mit dem Ziel, dass unsere Gebäude bis zum Jahr 2050 keine Emissionen mehr verursachen, wobei für die Jahre 2030 und 2040 Etappenziele gesetzt wurden. Dazu gehören sowohl die Modernisierung bestehender Gebäude als auch Neubauten.

Eine der wichtigsten Möglichkeiten zur Erfüllung dieser Anforderungen sind intelligente Gebäude, die das Internet of Things nutzen, um Anlagen, Ressourcen und Dienste effizient zu verwalten. Das verbessert den Gebäudebetrieb und das Ressourcenmanagement, senkt den Energieverbrauch und macht die Gebäude sicherer, produktiver und insgesamt zu einem besseren Ort zum Leben und Arbeiten. Intelligente Gebäude nutzen IoT-Technologie in vielen Bereichen – von der Digitalisierung der Personenströme und der Raumnutzung bis hin zur Rekonstruktion der Wasserversorgungsnetzwerke.

Die Nachfrage nach intelligenter Gebäudetechnik steigt und der Smart-Building-Markt wird voraussichtlich von 72,6 Milliarden US-Dollar im Jahr 2021 auf 121,6 Milliarden US-Dollar im Jahr 2026 wachsen. Die weltweite Notwendigkeit von mehr Nachhaltigkeit, weniger Abfall und effizienter Ressourcennutzung in Gebäuden leistet dem Vorschub.

Betrachten wir zwei der wichtigsten Bereiche, in denen IoT und intelligente Gebäude zur Emissionsreduzierung beitragen können: Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HLK) sowie Energieverteilungssysteme.

Intelligente HLK-Systeme

Intelligente HLK-Systeme können einen spürbaren Unterschied in Bezug auf Energieeffizienz, Luftqualität und Wohnkomfort machen. Die COVID-19-Pandemie hat wichtige Entwicklungen im Bereich der Luftqualität und der Luftreinigungstechnologien vorangetrieben. Auch die Erwartungen der Kunden und Verbraucher an ein individuelles Erlebnis nehmen zu: Die Bewohner gehen jetzt ganz einfach von einer detaillierten Steuerung der HLK-Einstellungen in jedem Raum und jedem Bereich ihres Gebäudes aus.

Das Internet of Things kann hier den Komfort der Bewohner in den Gebäuden auf ein neues Niveau heben. Mit motorisierten Lüftungen und Klappen, gepaart mit einer drahtlosen Verbindung zu Telefonen und Tablets, können die Bewohner die Temperatur sowie die CO2-Emissionen, Einstellungen für Luftfeuchtigkeit und -qualität mit ein paar Wischbewegungen auf ihrer Gebäudeinterface-App einstellen. Gebäudemanager können mit IoT-Verbindungen auch automatisch erkennen, ob Räume genutzt werden oder nicht, und den Energieverbrauch gegebenenfalls entsprechend reduzieren. Damit optimieren sie den Energieverbrauch im gesamten Gebäude.

Die potenziellen Einsparungen durch den effektiven Einsatz des IoT in der HLK-Technik sind enorm. In der EU entfallen 79 Prozent des Gesamtenergieverbrauchs in Privathaushalten auf Heizung und Warmwasser, während in der Industrie 70 Prozent des Energieverbrauchs für Heizung aufgewendet werden . Kühlung und Klimatisierung sind mit 2,7 Prozent in der Industrie relativ kleine Energieverbraucher, haben aber in anderen Ländern und Regionen, zum Beispiel in den USA, eine viel größere Bedeutung.

Intelligente Energieverteilung

Herkömmliche Energieverteilungssysteme sind eine Einbahnstraße: Energie fließt von den Erzeugern zu den Verbraucherinnen und Verbrauchern, wo sie benötigt wird. Bei diesen Systemen erzeugt ein Kraftwerk Strom, der dann an die Gebäude verteilt wird, in denen er genutzt wird.

Bei erneuerbaren Energiequellen wie Sonnen- und Windenergie ist das völlig anders – die Energieverteilungssysteme müssen jetzt einen omnidirektionalen Energiefluss ermöglichen. Zum Beispiel könnte ein Gebäude, das bisher nur Energie verbraucht hat, nun mit Solaranlagen auf dem Dach ausgestattet werden. Die Solarmodule decken nicht nur einen Großteil des Strombedarfs des Gebäudes, sondern können auch überschüssigen Strom in das Verteilungsnetz einspeisen.

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Intelligente Energieverteilungssysteme ermöglichen diesen omnidirektionalen Energiefluss und erlauben die Integration erneuerbarer Energiequellen zur Rückspeisung von Energie in das Stromnetz. Dadurch wird die Verschwendung von zusätzlichem Strom aus Solar- oder Windkraftanlagen vermieden, wenn diese mehr Strom erzeugen, als der örtliche Verbraucher zu einem bestimmten Zeitpunkt benötigt. Auch für das Gebäude, das den überschüssigen Strom erzeugt, entsteht ein finanzieller Vorteil, da es diesen buchstäblich an seinen Stromversorger zurückverkauft.

In der Praxis ähnelt die für dieses Modell der dezentralen Energieerzeugung erforderliche Smart-Building-Technologie der für andere Anwendungen benötigten Technologie. Das Gebäude benötigt Sensoren, um die erzeugte Energie zu messen und den Strombedarf minutengenau zu überwachen. Mit Hilfe von Wireless-IoT-Technologien werden diese Daten dann an die Gebäudemanagementsysteme weitergegeben, wo sie analysiert und zur automatischen Auslösung der entsprechenden Maßnahmen verwendet werden können.

Überwachung des Gebäudezustands

Ein weiterer Wachstumsbereich für Smart Buildings ist die Überwachung des Gebäudezustands. Neben den herkömmlichen Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensoren werden immer mehr Umweltsensoren in Gebäuden installiert. Dazu kann auch die Erkennung von Gasen wie Kohlenmonoxid und flüchtigen organischen Verbindungen (VOC, Volatile Organic Compounds) gehören.

Die Daten dieser Sensoren können genutzt werden, um den Luftstrom sowie den Außenluftaustausch besser zu steuern und so die Luftqualität für die Bewohner und Bewohnerinnen zu verbessern. Sie können auch eine vorausschauende Wartung ermöglichen, bei der durch eine frühzeitige Warnung vor einem Leck oder einem Systemausfall ein Problem behoben werden kann, bevor die Menschen im Gebäude es überhaupt bemerken.

Brand- und Rauchmelder waren schon immer vernetzt, aber heute gibt es immer mehr drahtlose Verbindungen mit großer Reichweite und mit Bluetooth eine geeignete Schnittstelle zum Installieren.

Herausforderungen ernst nehmen

Bei intelligenten Gebäuden gibt es noch einige Herausforderungen, die qualifizierte Technik und Problemlösungen erfordern. Die wichtigste Herausforderung ist technischer Art: Die verwendeten drahtlosen Netzwerke müssen äußerst zuverlässig und stabil sein. Niemand möchte in einem Aufzug stecken bleiben oder das Licht nicht einschalten können, nur weil eine Verbindung gestört ist.

Die Integration von drahtlosen Netzwerken setzt Gebäude auch Cyberschwachstellen aus. Um solche Bedrohungen zu bekämpfen, haben Anbieter und Hersteller ihre Anstrengungen rund um die Cybersicherheit verstärkt. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass bei Entwicklung und Vertrieb von intelligenten Lösungen im Gebäudesektor der Schwerpunkt weiterhin auf der Sicherheit liegt.

Natürlich sind intelligente Gebäude nicht auf Neubauten beschränkt. Altbauten lassen sich auch nachträglich mit intelligenter Technologie ausstatten. Die Möglichkeit, bereits vorhandene Systeme mit drahtlosen Verbindungen zu erweitern, vereinfacht die Einführung und kann die allgemeine Verbreitung der drahtlosen Kommunikation in Gebäuden beschleunigen.

In einem Jahrzehnt, das für die Reduzierung der CO2-Emissionen in allen Sektoren und die Maximierung der Energieeffizienz von entscheidender Bedeutung ist, benötigt der Gebäudesektor Smart-Building-Technologie, um den neuen Anforderungen gerecht zu werden. Mit der raschen Verbreitung intelligenter Gebäude, die auf IoT aufbauen, werden wir zunehmend die Vorteile erkennen – in Form von geringeren Emissionen, finanziellen Einsparungen und höherem Komfort für die Bewohner.

* Mark Beecham arbeitet als Senior Product Marketing Manager bei Silicon Labs.

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