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Energie
Gebäude
Der Großteil der öffentlichen Mittel für Energieeffizienz in der EU wird für den Gebäudesektor vorgeschlagen. Die Bundesmittel für Energieeffizienz in Wohngebäuden belaufen sich im Jahr 2019 auf 97 Millionen Euro. Ein Smart Home System ist eine Möglichkeit, die Energieeffizienz von Wohngebäuden zu verbessern.
Erschwingliche und saubere Energie
Nachhaltige Städte und Gemeinden
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Beschreibung
Ein intelligentes Gateway ist ein wesentlicher Bestandteil des Systems und verbindet das intelligente Haus mit der Außenwelt. Dies ermöglicht die mobile Steuerung von Geräten im Haus von entfernten Orten aus, oft über Smartphones und Mikrocontroller. Externe Systeme und Dienste können für eine bessere Regulierung des Energieverbrauchs genutzt werden. Außerdem kann das System mit dem intelligenten Stromnetz und der Ladeinfrastruktur verbunden werden, um eine bessere Energieeffizienz und Abrechnungspläne zu ermöglichen, zum Beispiel nach dem Energieverbrauch in Spitzenzeiten oder dem Anteil erneuerbarer Energien(Europäische Kommission, 2019).
Zu lösende Probleme
Ineffizienz
Unsicherheit
Mangelnder Komfort
Abhängigkeit von älteren Menschen
Hohe Energiekosten
Energieineffizienz ist ein großes Problem in Wohngebäuden. In Europa werden 26% des gesamten Endenergieverbrauchs in Privathäusern verbraucht. Smart Home Systeme können Energieverluste reduzieren und die allgemeine Sicherheit und den Komfort der Bewohner erhöhen, während sie speziell die Unabhängigkeit älterer Menschen verbessern. Es gibt mehrere Lösungen im Rahmen von Smart Home Systemen, um diese Probleme zu lösen(Eurostat, 2018).
Einige marktfähige Ergebnisse, die Smart Home Systeme bieten, sind:
Abonnementbasierte Dienste, die einen konstanten Einkommensstrom generieren können
Große Zielgruppen: Es kann an Krankenhäuser und Heime für ältere und behinderte Menschen verkauft werden, aber auch an diejenigen, die ihren Komfort in einer Smart Home-Umgebung erhöhen möchten
Die Gateways können Daten anonymisieren und an Datenplattformen weitergeben, um effektive Analysen und langfristige Verbesserungen sowie Produktdesigns zu implementieren. Die Daten können kostenpflichtig sein, und die Analysedienste und ihre Ergebnisse können auch als vermarktbare Ergebnisse angesehen werden.
Vorteile
Der Nutzen zeigt greifbar, wie die Umsetzung einer Lösung die Stadt oder den Ort verbessern kann.
Das Hauptziel des Smart Home Systems ist die Reduzierung des häuslichen Energiebedarfs. Darüber hinaus erzielt die Lösung die unten aufgeführten Vorteile. Während einige Vorteile bereits mit einer grundlegenden Implementierung der Lösung erfüllt werden können, hängt die Erfüllung der potenziellen Vorteile von den in einem bestimmten Projekt implementierten Funktionen ab.
Wichtigste Vorteile
Reduzierung der Treibhausgasemissionen
Verbessert die Netzstabilität
Verbesserung der Effizienz der Energienutzung
Reduzierung des Spitzenenergiebedarfs
Sinkender Energieverbrauch in Gebäuden
Reduzierung der Energiekosten
Verbesserte Datenerfassung
Potenzielle Vorteile
Steigender Anteil erneuerbarer Energien
Verbesserung der Lebensqualität
Funktionen
Funktionen helfen Ihnen zu verstehen, was die Produkte für Sie tun können und welche Ihnen helfen werden, Ihre Ziele zu erreichen.
Jede Lösung hat mindestens eine Hauptfunktion, die zum Erreichen des grundlegenden Zwecks der Lösung erforderlich ist, und mehrere Zusatzfunktionen, die hinzugefügt werden können, um zusätzliche Vorteile zu bieten.
Hauptfunktionen
Überwachung Hausaufführung
zeigt energiebezogene Informationen an
Verwaltung von Energiebedarf
Der Kunde kann Heizung, Kühlung, etc. verwalten.
Ermöglicht aktive und passive Reaktion auf die Nachfrage
Gleichgewicht der Systeme
Zusatzfunktionen
Verwaltung von Energieerzeugung
Verwaltung der selbst erzeugten Energie
Kontrolle Geräte aus der Ferne
z.B. Heizung, Kühlung
Verwaltung von Energiespeicherung
regelt die Ein- und Ausgabe
Ermöglicht den Komfort von älteren und behinderten Menschen
bietet Sicherheit und erleichtert die Verwendung der Geräte
Produkte, die diese Funktionen anbieten
Smart Home und angeschlossene Haushaltsgeräte
Eine interoperable Smart-Home-Systemlösung, die alle häuslichen IoT-Geräte und Haushaltsgeräte von Bosch oder externen Partnern verbindet.
Menschenzentrierte Energiemanagementanwendungen nutzen Echtzeit-Energieanalysen und relevante Leistungsindikatoren, um den Endnutzern multimodale Verstärkungen und wertvolle Informationen zu liefern.
Eine Variante ist im Allgemeinen etwas, das sich von anderen ähnlichen Dingen leicht unterscheidet. Im Zusammenhang mit Lösungen sind Varianten verschiedene Optionen oder möglicherweise Teilbereiche/Abzweigungen, mit denen die Lösung umgesetzt werden kann, z.B. verschiedene technologische Optionen.
Beschreibung
Die Technologie, die in intelligenten Häusern am weitesten verbreitet ist und am meisten gefördert wird, ist der intelligente Zähler. Ein intelligenter Zähler ist ein Gerät, das die Menge an Energie und/oder Gas aufzeichnet, die in einem bestimmten Zeitraum verbraucht wurde. Diese Informationen werden an den Dienstanbieter gesendet, um dem Kunden eine genaue Rechnung zu stellen, und sie werden auch vom Kunden verwendet, um seinen Energie-/Gasverbrauch zu regulieren. Der Hauptvorteil eines intelligenten Zählers mit integriertem, leicht ablesbarem Display besteht darin, dass die Verbraucher entscheiden können, ihren Verbrauch zu senken, insbesondere während der Spitzenzeiten.
Ein Bewegungsmelder ist ein elektrisches Gerät, das einen Sensor verwendet, um Bewegungen in der Nähe zu erkennen. Sie werden häufig als Komponenten für Sicherheit, automatische Beleuchtungssteuerung, Haussteuerung und Energieeffizienz eingesetzt.
Beschreibung
Dieses System kann z.B. die Raumtemperatur erkennen und daraufhin einen Ventilator oder eine Heizung einschalten oder ein Fenster öffnen. Außerdem gibt es Systeme, die die Temperatur in Abhängigkeit von der Tagesstruktur des Benutzers steuern.
Beschreibung
Alarmanlagen sind Geräte, die das Eintreten unerwünschter Ereignisse signalisieren. In Privathaushalten werden sie meist eingesetzt, um Einbrüche zu verhindern oder um die Bewohner und die Polizei zu alarmieren.
Wertschöpfungsmodell
Kosten-Nutzen-Bewertung der Lösung.
Wie die Grafik zeigt, sieht die Mehrheit der Nutzer den Hauptzweck von Smart Home Systemen in der Steuerung von Energie, Heizung und Geräten. Im Zusammenhang mit diesen Zwecken werden die potenziellen Vorteile in der Einsparung von Energie, Zeit und Geld sowie in der Verbesserung des Komforts bei gleichzeitiger Reduzierung des Aufwands gesehen.
Für welche unterstützenden Faktoren und Merkmale einer Stadt ist diese Lösung geeignet? Welche Faktoren würden die Umsetzung erleichtern?
Ab 2019 verbrauchen die Städte mehr als zwei Drittel der weltweit produzierten Energie. Auf Gebäude entfallen 40 % dieser Nachfrage (IEA, 2020). Der Bedarf umfasst zahlreiche energieverbrauchende Aktivitäten wie Raumheizung und Warmwasserbereitung, Kühlung, Lüftung, Kochen und die Nutzung von Geräten. Um die ehrgeizigen Ziele des Pariser Abkommens zu erreichen, ist es entscheidend, den Energieverbrauch in Gebäuden zu senken.
Intelligente Häuser und Energiemanagementsysteme sind Schlüsseltechnologien für die Einführung nachhaltiger Technologien und die Umstellung von Gebäuden auf einen umweltfreundlichen Zustand. Der Begriff "Smart Homes" beschreibt Gebäude (meist für Wohnzwecke), die digitale Technologien/Internet der Dinge nutzen, um zusätzliche Dienste wie die Überwachung von Systemen, die Steuerung von Geräten und die Optimierung des Betriebs von Geräten (z.B. die Maximierung der Nutzung von PV-Anlagen vor Ort) anzubieten. Während Smart Homes die Funktionalitäten auf der Ebene eines einzelnen Wohngebäudes beschreiben, übernehmen Energiemanagementsysteme (EMS) das Betriebsmanagement größerer Energiesysteme, die meist ein Mehrzweckgebäude oder eine Vielzahl von Gebäuden und Geräten umfassen.
Bei der Installation von Smart-Home-Systemen muss eine Stadt sicherstellen, dass die Daten der Bewohner gesichert sind und dass sie sich mit der Weitergabe ihrer Daten wohl fühlen. In mehreren Städten mit Smart-Home-Projekten haben die Bewohner Bedenken hinsichtlich des Datenschutzes geäußert.
Zum Senden und Empfangen von Informationen ist eine stabile und zuverlässige Datenverbindung erforderlich. Außerdem sind eine Cloud-Verwaltung und eine zugehörige IT-Rechenzentrumsinfrastruktur für vernetzte intelligente Häuser erforderlich. Außerdem ist es für ein integriertes System erforderlich, dass alle Geräte die gleiche Sprache verwenden. Im Jahr 2015 schuf die Europäische Union einen neuen Standard namens SAREF (Smart Appliances REFerence ontology) mit dem Ziel, den Markt zu homogenisieren und die Kommunikation zwischen allen Geräten zu ermöglichen.
Welche Anstrengungen und Maßnahmen unternehmen die lokalen/nationalen öffentlichen Verwaltungen, um diese Lösung zu fördern und zu unterstützen?
Was den Einsatz intelligenter Zähler betrifft, so hat sich die Europäische Union das Ziel gesetzt, "bis 2020 mindestens 80% der Stromzähler durch intelligente Zähler zu ersetzen, wo immer dies kosteneffizient ist" (Richtlinie 2009/72/EG). Für das Jahr 2020 wurde nur eine Durchdringungsrate von 43% auf EU-Ebene vorhergesagt.
Die Umsetzung spezifischer Gesetze für intelligente Gas- und Stromzähler ist von Region zu Region recht unterschiedlich. Während drei Viertel der Mitgliedstaaten Rechtsvorschriften für die Einführung von intelligenten Stromzählern erlassen haben, ist dies nur bei einem Viertel der Mitgliedstaaten für die Einführung von intelligenten Gaszählern der Fall.
Die Europäische Kommission hat den Smart Readiness Indicator (SRI) als politisches Instrument eingeführt, um die intelligente Umstellung des Gebäudebestands zu erleichtern. Bei diesem Übergang spielen intelligente Häuser und Energiemanagementsysteme für Gebäude eine wichtige Rolle, und ihre Funktionen und Dienste überschneiden sich mit den Diensten, die mit dem SRI verbunden sind. Die Smart-Ready-Dienste im Zusammenhang mit SRI-Aktivitäten sind in zehn Bereiche unterteilt, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:
Welche Interessengruppen müssen bei der Planung und Umsetzung dieser Lösung berücksichtigt werden (und wie)?
Interessenvertreter für intelligente Heimsysteme (BABLE, 2021)
Marktpotenzial
Wie groß ist der potenzielle Markt für diese Lösung? Gibt es EU-Ziele, die die Umsetzung unterstützen? Wie hat sich der Markt im Laufe der Zeit und in letzter Zeit entwickelt?
In den letzten Jahren ist die Smart Home-Branche sehr schnell gewachsen. 2020 wird es in Europa 44 Millionen Smart Home-Haushalte geben, verglichen mit 27 Millionen im Jahr 2017. Prognosen gehen davon aus, dass die Zahl der Smart-Home-Haushalte bis 2025 auf 97 Millionen ansteigen wird.
Die Europäische Kommission geht davon aus, dass im Jahr 2020 eine Durchdringungsrate von 43% für intelligente Zähler auf EU-Ebene erreicht ist. Bis 2030 werden voraussichtlich 266 Millionen intelligente Stromzähler in der EU installiert sein. Das entspricht einer Durchdringungsrate von 92% und einer Gesamtinvestition von 46 Milliarden Euro. Dabei wird von gewichteten Durchschnittskosten pro Zählpunkt von 172 € ausgegangen.
Schlüsselzahlen für verschiedene Szenarien zur Einführung intelligenter Stromzähler (Europäische Kommission, 2019)
Nach Angaben der Europäischen Kommission betragen die gewichteten Durchschnittskosten pro Gaszählerpunkt 171 €. Während die Zahl der im Jahr 2020 installierten intelligenten Gaszähler auf 60 Millionen geschätzt wird (Durchdringungsrate von 51%), werden für 2024 51 Millionen intelligente Gaszähler erwartet. Das entspricht einer Durchdringungsrate von 44% in der EU und einer Gesamtinvestition von fast 9 Milliarden Euro.
Schlüsselzahlen für verschiedene Szenarien zur Einführung intelligenter Gaszähler (Europäische Kommission, 2019)
Andere Elemente von Smart Home Systemen unterscheiden sich stark in ihren Kosten, je nach Hersteller und Stand der Umsetzung.
Rechtliche Anforderungen
Einschlägige gesetzliche Richtlinien auf EU- und nationaler Ebene.
Verordnung (EU) 2016/679: zum Schutz natürlicher Personen bei der Verarbeitung personenbezogener Daten und dem freien Verkehr solcher Daten(EUR-Lex, 2021).
Richtlinie 2009/72/EG: über gemeinsame Vorschriften für den Elektrizitätsbinnenmarkt - Förderung der intelligenten Verbrauchsmessung und Ziel einer 80%igen Abdeckung bis 2020(EUR-Lex, 2021).
Richtlinie 2009/73/EG: über gemeinsame Vorschriften für den Erdgasbinnenmarkt - Förderung der intelligenten Verbrauchsmessung (EUR-Lex, 2021).
Richtlinie 2012/27/EU: über die Energieeffizienz(EUR-Lex, 2021).
Richtlinie (EU) 2016/1148: über Maßnahmen zur Gewährleistung eines hohen Standards für die Sicherheit von Netz- und Informationssystemen in der Union (EUR-Lex, 2021).
Richtlinie 2006/32/EG: über Endenergieeffizienz und Energiedienstleistungen(EUR-Lex, 2021).
Die Entwicklung dieser Lösung wurde mit EU-Mitteln unterstützt.
Anwendungsfälle
Sehen Sie sich Beispiele für die Umsetzung dieser Lösung in der Praxis an.
Energie
Renovierung von Doppelhaushälften einer Wohnungsbaugesellschaft mit dem Tool Woonconnect
Der Anwendungsfall zielt darauf ab, die Mieter in den Prozess der Renovierung und Instandhaltung der Wohnungen der sozialen Wohnungsbaugesellschaft Woonbedrijf einzubeziehen. Das digitale 3D-Tool WoonConnect ermöglicht es den Mietern, die Auswirkungen ihres Verhaltens (z.B. Duschen, Heizen) und die erwarteten Ergebnisse der Renovierung zu sehen.
Spielerisch zum nachhaltigen Stromverbrauch mit der Smarten Steckdose. Durch sie ist es möglich den individuellen Stromverbrauch zu steuern und zu verwalten. Mittels eines Gamificationansatzes werden durch Challenges und Prämien Anreize für nachhaltiges Verhalten gesetzt.
Renovierung von Doppelhaushälften von Privatwohnungen mit Hilfe von woonconnect
Um eine Verbesserung des Energieverbrauchs im gesamten Gebiet zu erreichen, wandte sich das Konsortium auch an andere Wohnungseigentümer im Gebiet Eckart Vaartbroek, indem es das WoonConnect-Tool für die Auswahl der Renovierung nutzte.
Renovierung von Doppelhaushälften von Privathäusern mit Hilfe von woonconnect
Das digitale Tool WoonConnect wird bei diesem Projekt für die Auswahl der Renovierungsarbeiten verwendet. Es ermöglicht den Hauseigentümern, ihren Energieverbrauch in Verbindung mit ihrem täglichen Verhalten zu sehen und ihre Häuser zu verbessern.
Stochastisches Modell des Energieverbrauchs von Haushaltsgeräten
Ein auf einem stochastischen Ansatz basierendes Stromnachfragemodell wurde vom IREC unter Verwendung statistischer Daten aus Spanien (Time Use Data Surveys) entwickelt. Das Ziel ist es, die Entscheidungen der Verbraucher zu beeinflussen, um die Energieetiketten ihrer Geräte zu verbessern.
Der virtuelle Energieberater wird im Rahmen des Projekts 'Take charge of your energy' der Stadt Barcelona entwickelt. Ziel ist es, den Stromverbrauch der Haushalte zu senken, indem Verhaltensänderungen bei den Mietern gefördert werden.
Die Smart-Home-Lösung Active House ist ein intelligentes System mit einer hochmodernen grafischen Benutzeroberfläche. Dieses Energiewerkzeug schärft das Bewusstsein der Mieter für den Energieverbrauch in Bereichen wie Strom, Warmwasser und Wohnungsheizung und ermutigt sie, ihren Verbrauch zu senken.
Im Rahmen des SmartEnCity-Projekts werden die Gebäude im Pilotgebiet von Tartu nicht nur vollständig renoviert, sondern die Wohnungen auch mit einem Smart Home-System ausgestattet, das mit der Cumulocity Cloud-Plattform verbunden ist und den Datenaustausch und die Überwachung ermöglicht.
Intelligente Steuerung von einzelnen Räumen in bestehenden Gebäuden
Mit dem Ziel, den Energieverbrauch in den bestehenden Bürogebäuden in Strijp-S um 20% zu senken, wurde ein innovatives Konzept entwickelt, um den Energieverbrauch zu optimieren und gleichzeitig den Nutzerkomfort zu erhalten. Das System ermöglicht die interaktive Überwachung und Steuerung des HLK-Systems über eine mobile Anwendung.
Die SmartHome App ermöglicht es Mietern, alle elektrischen Geräte und Lichter jederzeit und von überall aus auszuschalten. Dies kann ganz einfach von zu Hause oder von unterwegs aus geschehen. In Kombination mit intelligenten Steckdosen (Smart Meter) können die Mieter den aktuellen Energieverbrauch aller angeschlossenen Geräte verfolgen.
Blockchain-Prototyp für lokale Energietransaktionen
Der von LSW entwickelte Blockchain-Prototyp nutzt die Blockchain-Technologie, um kleine und kleinste Energieerzeugungseinheiten in die Energiewirtschaft zu integrieren. Der Prototyp arbeitet innerhalb des Proof-of-Authority Fury Network und ermöglicht eine transparente und effiziente Energieverwaltung und -abrechnung.
Laut der Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EPBD) sind Gebäude für etwa 40% des Energieverbrauchs und 36% der CO2-Emissionen in der EU verantwortlich.
Ein intelligenter und vernetzter öffentlicher Raum sammelt Daten in öffentlichen Bereichen und zeigt diese an oder reagiert darauf. Die Daten können sicher über Wi-Fi oder andere ähnliche Technologien übertragen werden, d.h. mit einem zentralen System kombiniert werden.
Die weltweit produzierte Abfallmenge nimmt stetig zu. Mit der Menge an Abfall wächst auch die Bedeutung einer effizienten Abfallverarbeitung. Intelligente Abfalllogistik deckt die gesamte Abfallkette ab, von der Abholung der Abfälle bei den Einwohnern bis hin zur Verarbeitung von Recycling und Vernichtung.
Das Engagement der Bürger spielt eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung menschlicher Siedlungen. Entscheidungsfindungsprozesse werden durch die Einbindung derjenigen verbessert, die am meisten betroffen sind und die eng mit den gesellschaftlichen Herausforderungen verbunden sind.
Die Verbesserung der Energieeffizienz des Gebäudebestands in einer Stadt erfordert strategisches und langfristiges Denken. Komplexe Eigentumsverhältnisse, Marktbarrieren, unterschiedliche Gebäudetypen, Verbraucherpräferenzen und zahlreiche Beteiligte machen die energieeffiziente Nachrüstung zu einer großen Herausforderung.
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