Gebäudeintelligenz ist vor dem Hintergrund der Atomausstiegsdebatte und Fukushima ein sehr spannendes und aktuelles Thema. Am iHomeLab der Hochschule Luzern forscht man in verschiedensten Projekten am Thema „Building Intelligence“. Interessant ist hier vor allem die Anbindung an die Wirtschaft und Industrie mit vielen attraktiven Partnern. Das Forschungsgebiet ist interdisziplinär, die Lösungen werden schwergewichtig von den Disziplinen Informatik und Elektrotechnik realisiert. Die Forschungsprojekte leisten einen wesentlichen Beitrag zu einer nachhaltigen und ökologischen Energiezukunft der Schweiz.

Intelligente Gebäude sind die Voraussetzung für das intelligente Stromnetz der Zukunft, dem Smart Grid. In diesem Themengebiet bewegt sich die Masterthesis von Pascal Walther mit dem Titel „PSALM – Power Socket Appliance Load Monitoring“. Sie befasst mit der Energieverbrauchsmessung und der Lasterkennung von elektrischen Geräten basierend auf NIALM – Non Intrusive Appliance Load Monitoring.

Pascal Walther, Master of Science in Building intelligence am iHomeLab hat ein System entwickelt, welches direkt in der Steckdose erkennt, was für ein Stromverbraucher daran betrieben wird und wie viel Energie dieser bezieht. Jedes elektrische Gerät erzeugt beim Stromverbrauch einen einzigartigen „Fingerabdruck“, durch den es identifiziert werden kann. Pascal Walther hat diesen Fingerabdruck, der durch die Wellenform des Stroms im Bezug auf die Netzspannung entsteht, entschlüsselt. Die gewonnen Informationen - Wirkleistung, Blindleistung und harmonische Oberwellen des Laststroms - hat er in einer Datenbank gesammelt und ausgewertet. Das System kann auch eine Kombination mehrerer Geräte erkennen und diese voneinander unterscheiden. Zusätzlich hat er eine Software entwickelt, die diese Informationen auf einem Display visualisiert.

Wenn nun ein Gerät an einer Steckdose angeschlossen wird, die mit dem PSALM-System ausgestattet ist, so erfolgt eine hochauflösende Messung des Energieverbrauchs in Echtzeit, die eine Aussage über den Typ des Geräts erlaubt. Damit kann beispielsweise eine energiefressende Glühlampe von einer Kaffeemaschine unterschieden werden und das wiederum erlaubt, eine unmittelbare Aussage zu machen, welcher Verbraucher gerade aktiv ist und wie viel Energie er verbraucht. Zur Anzeige der Daten können vorhandene Geräte wie Mobiltelefone oder Fernseher genutzt werden.

Die detaillierte Visualisierung des Energieverbrauchs in Echtzeit bildet die Grundlage, damit wir in Zukunft intelligent und sparsam mit Strom umgehen können. Nur wenn der Benutzer unmittelbar und detailliert über seinen Verbrauch informiert wird, entwickelt er ein Gefühl dafür, wie und wann er am besten Strom einsparen kann. Zudem kann das System ihm aufgrund der gemessenen Informationen auch Tipps geben, wie er noch mehr sparen kann.

In Zukunft kommuniziert das System nicht nur innerhalb des Gebäudes, sondern es ist dank intelligenten Stromzählern (Smart Meter) mit dem Smart Grid und dem Energieerzeuger verbunden. Auch auf diesem Gebiet war Pascal Walther während seines Masterstudiums tätig: Er hat als Vorbereitung zu seiner Masterthesis untersucht, wie diese Energieinformationen im Gebäude über Funk, über die Stromleitung oder über Lichtwellenleiter einfach, kostengünstig und energieeffizient zwischen Verbraucher und Stromzähler ausgetauscht werden können.

Weil in absehbarer Zukunft elektrische Energie nicht mehr in Hülle und Fülle, Tag und Nacht bereit stehen wird, müssen wir auch den Energieverbrauch diesem wechselnden Angebot dynamisch anpassen. Elektrische Energie lässt sich nicht so einfach direkt speichern, man muss sie also möglichst dann brauchen, wenn sie erzeugt wird. Zum Beispiel dann, wenn die Sonne auf die Kollektoren scheint oder der Wind die Windräder antreibt. Und dazu braucht es eine gute Kommunikation von den Energieerzeugern – die teilweise auch dezentral sein werden – über das Energieverteilnetz zu den Verbrauchern, den Gebäuden. Das Smart Grid kann so über den Smartmeter mit dem Smartbuilding aushandeln, wann wie viel Energie in welche Richtung fliessen soll und zu welchem Preis. Ein Smartbuilding kennt und berücksichtigt dabei zu jedem Zeitpunkt die Bedürfnisse seiner Benutzer. 

Das Resultat der Forschung von Pascal Walther kann die Energiezukunft der Schweiz mitbestimmen und übernimmt im System Smart Grid – Smart Meter – Smart Building eine wichtige Funktion.

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