Effizienzlücken in Gebäuden und Quartieren schließen: Wie Kommunen und Städte Kosten und CO2 sparen können

Städte und Kommunen wollen ihren Energieverbrauch reduzieren und den Anteil erneuerbarer Energien an der Versorgung erhöhen. Damit dies in öffentlichen Gebäuden optimal funktioniert, brauchen Expertinnen und Experten Daten. Kontinuierlich erfasste Werte wie Gasverbräuche, Wärmemengen, Lastspitzen und -senken helfen dabei, Heizsysteme optimal einzustellen. 

„Momentan werden die relevanten Daten meist nicht systematisch registriert. Wenn der Hausmeister einmal im Jahr den Jahresverbrauch im Gebäude dokumentiert, sind Rückschlüsse auf das Betriebsverhalten nicht möglich. Fehlfunktionen werden zu spät erkannt und Optimierungen können nicht durchgeführt werden“, erklärt Thomas Schreiber vom E.ON Research Center an der RWTH Aachen. Er hat das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderte Projekt SUSTAIN2 (Sanierung eines Stadtquartiers mit einer integrierten Netzinfrastruktur) geleitet.

Hier haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine intelligente Cloud-Infrastruktur entwickelt. In diese wurden unter anderem die für den optimalen Betrieb von Heizanlagen relevanten Daten aus den Gebäude-Energie-Management-Systemen automatisch eingespeist. Allgemein hat das Projekt gezeigt, dass passende digitale Technologien wie Cloud-Architekturen und Sensorsysteme für das Management von Liegenschaften viele Vorteile bieten: Sie ermöglichen etwa nachhaltiges Wirtschaften oder reduzieren die Betriebskosten.

Systemtests in Bottrop

Vor der Praxis stand in SUSTAIN2 die Theorie: In einem ersten Schritt hatte das Wissenschaftsteam an der RWTH Aachen eine allgemeine Basiskonfiguration für eine Cloud-Lösung auf Quartiersebene entwickelt. Hierzu hatten sie auch auf Open Source Plattformen zurückgegriffen. Im nächsten Schritt ging es in Bottrop unter anderem in Schulen, Verwaltungsgebäuden, Kindertagesstätten oder Sportanlagen in die Umsetzung. An insgesamt 25 öffentlichen Gebäuden in der Innovation City Bottrop haben die Experten ihre neu entwickelten Systeme installiert.
Bilder Cloud Energy Management und Rathaus Bottrop

Die Gebäude wurden bewusst mit unterschiedlichen Messtechniken und Cloudsystemen ausgerüstet und digitalisiert. Auf diese Weise war ein Vergleich möglich: Wie aufwändig ist die Installation bei verschiedenen Gebäudetypen? Wie zuverlässig funktionieren die verschiedenen Systeme? So konnte die für Bottrop passende Lösung identifiziert und angepasst werden.

Informationen und Hilfen für die praktische Umsetzung solcher Systeme stehen jetzt auch anderen Städten und Kommunen Open Source zur Verfügung: So finden sich auf der N5GEH GitHub-Präsenz Tutorials, Tools, Services und Gerätesoftware aus verschiedenen Bereichen des Energiesektors.

CO₂ sparen mit effizienterem Anlagenbetrieb

In Bottrop ging es darum, die vorhandene Anlagentechnik effizienter zu gestalten und somit CO2-Emissionen einzusparen. Alle Gebäude werden über gasbasierte Fernwärme versorgt oder benutzen Gas-Heizbrennwertkessel. 

„Wir haben erreicht, dass die Anlagen jetzt fast fehlerfrei laufen, Möglichkeiten zur Modernisierung frühzeitig erkannt werden und eine smarte Betriebsführung stattfindet“, so Schreiber. Damit dies in der Praxis weiterhin funktioniert, wurden die für die Haustechnik-Verantwortlichen vor Ort mit eingebunden. Infotafeln in den Gebäuden informieren Bürgerinnen und Bürger über das Forschungsvorhaben.

Empfehlungen für andere Kommunen und Städte

Auch an anderen Orten sollen Energieexpertinnen und -experten von den Erfahrungen in SUSTAIN2 profitieren. Dazu hat das Projektteam Empfehlungen für die Integration von Energie-Cloud-Systemen in kommunalen Liegenschaften formuliert:

• Die Verwaltung und Steuerung von Gebäudemanagementdaten sollten über eine Oberfläche erfolgen, die vorkonfigurierte Analysen ermöglicht und suboptimale Zustände intuitiv aufzeigt.
• Eine Alarmierung bei ungewöhnlichen Ereignissen und Verbräuchen muss gut einstellbar und übersichtlich sein.
• Bedienoberflächen und Reportfunktionen sollten nicht zu detailliert sein, sondern das Motto "Keep it simple" verfolgen. Hier sind Standardanalysen und vorgefertigte Templates wie ein Energiebericht für die Kommune hilfreich.
• Für Datenaufnahmen sollte ein paralleles IoT (Internet of Things)-Netzwerk mit Sicherheitskonzept aufgebaut werden, um Daten minimalinvasiv und kostengünstig zu erfassen.
• Serverkapazitäten können als Dienstleistungen online gekauft werden, und Datenbanken sollten direkt mit der Sensorik verknüpft sein.
• Benchmark-Analysen sind sinnvoll zur Einordnung von Gebäudeverbräuchen und zur Festlegung von Maßnahmenrangfolgen.
• Verantwortlichkeiten innerhalb von Betriebsverbesserungsprozessen sollten geprüft und transparent organisiert werden. Gegebenenfalls müssen dazu Mitarbeitende geschult und unterwiesen werden.

Weitere Informationen zum Vorhaben SUSTAIN2 sowie Handlungsempfehlungen zur Digitalisierung kommunaler Liegenschaften mittels Energie-Cloud-Systemen sind auf der wissenschaftlichen Recherche-Plattform ResearchGate verfügbar.

Info zur Förderung

Mit insgesamt rund 1,27 Millionen Euro hat das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) das Vorhaben SUSTAIN2 im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung gefördert. Weitere Informationen zur BMWK-Förderung in der angewandten Energieforschung liefert die Webseite energieforschung.de. 

Autorin Birgit Schneider ist Wissenschaftsjournalistin beim Projektträger Jülich.