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Vorausschauende Heizung

Künstliche Intelligenz bei Heizungen? Ist das möglich? Es gab auf jeden Fall ein Experiment, bei dem Wissenschaftler der eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa so etwas ausprobierten. Dazu wurde eine selbstlernende Heizungssteuerung mit Daten aus dem vergangenen Jahr und mit der aktuellen Wettervorhersage „gefüttert“. Im Ergebnisstellte sich heraus, dass die Steuerung sehr wohl das Verhalten des Gebäudes einschätzen konnte und daraufhin vorausschauend handelte.

In großen Institutionen, wie Bürohäusern und Flughäfen gibt es schon die automatisierten, „vorausschauenden“ Heizungen. Der Betrieb der Heizungen ergibt sich aus vorher berechneten, vorprogrammierten Szenarien. Am Ende spart der Betreiber damit eine Menge an Energie und somit bares Geld. Eine Einzelprogrammierung, wie sie für eine solche Anlage nötig ist, ist allerdings für private Häuser noch viel zu teuer.

Aber es geht auch einfacher. Das hat eine Gruppe von Empa-Forschern im letzten Sommer erstmals bewiesen. Der Gegenstand der Forschungen hier war es, nachzuweisen, dass intelligente Heiz- und Kühlsteuerungen nicht unbedingt programmiert werden müssen, sondern dass sie auch selbst aus den Daten vergangener Wochen und Monate sparen lernen. Die Forscher sind überzeugt, dass das auch eine Lösung für kleine Häuser und private Nutzer ist.

Das Experiment hat im Empa-Forschungsgebäude NEST stattgefunden. Die Forschungseinheit „UMAR“ (Urban Mining and Recycling) besteht aus einer großen Wohnküche und zwei Studentenzimmern mit je 18 m². Die Fensterfront zeigt nach Ostsüdost und das Wasser läuft durch eine Deckenverkleidung aus Edelstahl und sorgt für die gewünschte Raumtemperatur. Die Heiz- und Kühlleistung lässt sich für die einzelnen Räume berechnen, und zwar über die jeweilige Ventilstellung.

Vorgegeben war, dass es in den beiden Zimmern am Tag nicht wärmer als 25 Grad wird und nachts die 23 Grad nicht überschritten werden. Zur Kühlung in einem Zimmer wurde ein herkömmliches Thermostatventil verwendet. In dem anderen Zimmer kam die experimentelle Steuerung zum Einsatz. Diese künstliche Intelligenz (KI) war mit Daten der letzten zehn Monate gefüttert worden – und sie kannte die aktuelle Wettervorhersage von MeteoSchweiz.

Das Ergebnis war ein voller Erfolg. Die intelligente Steuerung war in der Lage, sich deutlich genauer an die Komfortvorgaben zu halten und hat am Ende 25% weniger Energie gebraucht. Die Heizung hat vorausschauend gekühlt, wenn vormittags die Sonne auf den Fenstern stand. In dem anderen Zimmer arbeitete das Thermostat zu spät, zu hektisch und dann mit voller Leistung. Im November, als die Sonne weniger wurde, haben die Forscher das Experiment wiederholt. Es ging jetzt nicht um das Kühlen, sondern um das Heizen. Die Ergebnisse hier sind allerdings noch offen. Die Forscher sind aber zuversichtlich, dass es ähnliche Erfolge gibt.

Die Versucher sollen auch noch weitergehen. Projektleiter Felix Bünning sagt: „Um das System im realen Umfeld zu testen, haben wir einen größeren Feldversuch in einem Mehrfamilienhaus mit 60 Wohnungen geplant. Wir werden vier dieser Wohnungen mit unserer intelligenten Heiz- und Kühlsteuerung ausrüsten. Ich glaube, dass neue, auf ‚Machine-Learning’ basierende Regler eine riesige Chance sind. Mit dieser Methode können wir mit relativ einfachen Mitteln und den gesammelten Daten eine gute, energiesparende Nachrüstungslösung für bestehende Heizungen konstruieren.“