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Der Großteil der öffentlichen Mittel für Energieeffizienz innerhalb der EU ist für den Bausektor vorgesehen. Die Bundesmittel für Energieeffizienz in Wohngebäuden beliefen sich im Jahr 2019 auf 97 Millionen Euro. Ein Smart-Home-System ist eine Möglichkeit, die Energieeffizienz von Wohngebäuden zu verbessern.
Bezahlbare und saubere Energie
Nachhaltige Städte und Gemeinden
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Beschreibung
Ein Smart Gateway verbindet als wesentlicher Bestandteil des Systems das Smart Home mit der Außenwelt. Dies ermöglicht die mobile Steuerung von Geräten im Haus aus der Ferne, häufig über Smartphones und Mikrocontroller. Externe Systeme und Dienste können zur besseren Regulierung des Energieverbrauchs genutzt werden. Darüber hinaus kann das System sowohl an das Smart Grid als auch an die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge angeschlossen werden, um eine bessere Energieeffizienz und Tarifmodelle zu ermöglichen, beispielsweise entsprechend dem Energieverbrauch zu Spitzenzeiten oder dem Anteil erneuerbarer Energien (Europäische Kommission, 2019).
Zu lösende Probleme
Ineffizienz
Unsicherheit
Mangel an Komfort
Abhängigkeit älterer Menschen
Hohe Energiekosten
Energieineffizienz ist ein großes Problem in Wohngebäuden. In Europa entfallen 26 % des gesamten Endenergieverbrauchs auf Privathaushalte. Smart-Home-Systeme können Energieverluste reduzieren und die allgemeine Sicherheit sowie den Komfort der Bewohner erhöhen, wobei insbesondere die Selbstständigkeit älterer Menschen verbessert wird. Im Rahmen von Smart-Home-Systemen gibt es verschiedene Lösungen, um diese Probleme zu beheben (Eurostat, 2018).
Zu den marktfähigen Ergebnissen, die Smart-Home-Systeme bieten, gehören:
Abonnementbasierte Dienste, die einen konstanten Einkommensstrom generieren können
Große Zielgruppen: Die Systeme können an Krankenhäuser sowie an Alten- und Behindertenheime verkauft werden, aber auch an Personen, die ihren Komfort in einer Smart-Home-Umgebung steigern möchten
Die Gateways können Daten anonymisieren und an Datenplattformen weiterleiten, um effektive Analysen, langfristige Verbesserungen sowie die Produktgestaltung zu ermöglichen. Die Daten können in Rechnung gestellt werden, und die Analysedienste sowie deren Ergebnisse können ebenfalls als vermarktbare Ergebnisse betrachtet werden.
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.
Wie die Grafik zeigt, sieht die Mehrheit der Nutzer den Hauptzweck von Smart-Home-Systemen in der Steuerung von Energie, Heizung und Haushaltsgeräten. Im Zusammenhang mit diesen Zwecken werden die potenziellen Vorteile in der Einsparung von Energie, Zeit und Geld sowie in der Steigerung des Komforts bei gleichzeitigem Aufwandseinsatz gesehen.
Für welche unterstützenden Faktoren und Merkmale einer Stadt ist diese Lösung geeignet? Welche Faktoren würden die Umsetzung erleichtern?
Im Jahr 2019 verbrauchten Städte mehr als zwei Drittel der weltweit erzeugten Energie. Auf Gebäude entfallen 40 % dieses Bedarfs (IEA, 2020). Der Bedarf umfasst zahlreiche energieverbrauchende Aktivitäten, darunter Raum- und Warmwasserbereitung, Kühlung, Belüftung, Kochen sowie die Nutzung von Haushaltsgeräten. Um die im Pariser Abkommen festgelegten ehrgeizigen Ziele zu erreichen, ist es von entscheidender Bedeutung, den Energieverbrauch in Gebäuden zu senken.
Smart Homes und Energiemanagementsysteme sind Schlüsseltechnologien für die Umsetzung nachhaltiger Technologien und die Umstellung von Gebäuden auf einen umweltfreundlichen Betrieb. Der Begriff „Smart Homes“ bezeichnet Gebäude (vorwiegend zu Wohnzwecken), die digitale Technologien bzw. das Internet der Dinge nutzen, um zusätzliche Dienste anzubieten, wie beispielsweise die Überwachung von Systemen, die Steuerung von Geräten und die Optimierung des Gerätebetriebs (z. B. die maximale Nutzung der vor Ort erzeugten Solarstrommenge). Während Smart Homes die Funktionalitäten auf der Ebene eines einzelnen Wohngebäudes beschreiben, übernehmen Energiemanagementsysteme (EMS) das Betriebsmanagement größerer Energiesysteme, die in der Regel 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 geschützt sind und dass diese sich mit der Weitergabe ihrer Daten wohlfühlen. In mehreren Städten mit Smart-Home-Projekten hatten die Bewohner Bedenken hinsichtlich des Datenschutzes.
Für das Senden und Empfangen von Informationen ist eine stabile und zuverlässige Datenverbindung erforderlich. Darüber hinaus sind für vernetzte Smart Homes ein Cloud-Management sowie die dazugehörige IT-Rechenzentrumsinfrastruktur notwendig. Um ein integriertes System zu gewährleisten, müssen zudem alle Geräte dieselbe „Sprache“ verwenden. Im Jahr 2015 schuf die Europäische Union einen neuen Standard namens SAREF ( Smart Appliances REFerence Ontology) mit dem Ziel, den Markt zu vereinheitlichen 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?
Hinsichtlich des Einsatzes intelligenter Stromzähler hat sich die Europäische Union das Ziel gesetzt, „bis 2020 mindestens 80 % der Stromzähler durch intelligente Stromzähler zu ersetzen, sofern dies wirtschaftlich vertretbar ist“ (Richtlinie 2009/72/EG). Für das Jahr 2020 wurde auf EU-Ebene lediglich eine Marktdurchdringung von 43 % prognostiziert.
Die Umsetzung spezifischer Rechtsvorschriften für intelligente Gas- und Stromzähler unterscheidet sich erheblich zwischen den verschiedenen Regionen. Während drei Viertel der Mitgliedstaaten gesetzliche Bestimmungen für die Einführung intelligenter Stromzähler erlassen haben, hat dies nur ein Viertel von ihnen für die Einführung intelligenter Gaszähler getan.
Die Europäische Kommission hat den „Smart Readiness Indicator“ (SRI) als politisches Instrument eingeführt, das die intelligente Umgestaltung des Gebäudebestands erleichtern soll. Bei diesem Wandel spielen Smart Homes und Energiemanagementsysteme für Gebäude eine wichtige Rolle, und ihre Funktionen und Dienste überschneiden sich mit den mit dem SRI verbundenen Diensten. Die mit den SRI-Aktivitäten verbundenen „Smart-Ready“-Dienste 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)?
Akteur im Bereich Smart-Home-Systeme (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: Im Jahr 2020 gab es in Europa 44 Millionen Smart-Home-Haushalte, verglichen mit 27 Millionen im Jahr 2017. Prognosen gehen davon aus, dass die Zahl der Smart-Home-Haushalte bis 2025 auf 97 Millionen steigen wird.
Die Europäische Kommission geht davon aus, dass im Jahr 2020 auf EU-Ebene eine Verbreitungsrate von 43 % bei intelligenten Stromzählern erreicht wurde. Bis 2030 sollen in der EU voraussichtlich 266 Millionen intelligente Stromzähler installiert sein. Dies entspricht einer Durchdringungsrate von 92 % und einer Gesamtinvestition von 46 Milliarden Euro. Diese Berechnung basiert auf gewichteten Durchschnittskosten pro Messpunkt von 172 Euro.
Kennzahlen für verschiedene Szenarien zum Stand der Einführung intelligenter Stromzähler (Europäische Kommission, 2019)
Nach Angaben der Europäischen Kommission belaufen sich die gewichteten Durchschnittskosten pro Gasmessstelle auf 171 €. Während die Zahl der im Jahr 2020 installierten intelligenten Gaszähler auf 60 Millionen geschätzt wird (Verbreitungsgrad von 51 %), werden für das Jahr 2024 51 Millionen intelligente Gaszähler erwartet. Dies entspricht einer EU-weiten Marktdurchdringung von 44 % und einer Gesamtinvestition von fast 9 Milliarden Euro.
Kennzahlen für verschiedene Szenarien zum aktuellen Stand der Einführung intelligenter Gaszähler (Europäische Kommission, 2019)
Die Kosten anderer Komponenten von Smart-Home-Systemen variieren stark 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 zum freien Datenverkehr (EUR-Lex, 2021).
Richtlinie 2009/72/EG: über gemeinsame Vorschriften für den Elektrizitätsbinnenmarkt – Förderung intelligenter Messsysteme und Ziel einer Abdeckung von 80 % bis 2020 (EUR-Lex, 2021).
Richtlinie 2009/73/EG: über gemeinsame Vorschriften für den Erdgasbinnenmarkt – Förderung intelligenter Messsysteme (EUR-Lex, 2021).
Richtlinie 2012/27/EU: zur Energieeffizienz (EUR-Lex, 2021).
Richtlinie (EU) 2016/1148: über Maßnahmen zur Gewährleistung eines hohen Sicherheitsniveaus für Netz- und Informationssysteme in der gesamten Union (EUR-Lex, 2021).
Richtlinie 2006/32/EG: über die 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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