Mehr Energieeffizienz in Gebäuden – durch das Internet der Dinge
Energieeffizienz in Gebäuden spielt eine immer größere Rolle – im Altbau ebenso wie im Neubau. Foto © Tiberius Gracchus / fotolia.
Wie kann man für Klimaschutz und gleichzeitig bezahlbare Mieten in Großstädten sorgen? Dies ist eine der Fragen, die auf den Berliner Energietagen vom 27. bis 29. April 2015 eine Rolle spielt. Bei der gleichzeitig zu den Fachkongressen stattfindenden Messe Energie-ImpulsE präsentieren sich das QSC-Tochterunternehmen Q-loud und ihr Partner URBANA.
Mit dem Energiedienstleister URBANA realisiert Q-loud für einen Kunden eine Plattform für intelligentes Energiemanagement von Gebäuden. Als Basis dient die von Q-loud entwickelte IoT-Plattform SOLUCON. Dort werden unterschiedliche Energiezähler und Sensoren sicher miteinander vernetzt. So lassen sich ganz neue Funktionen zur Steigerung der Energieeffizienz umsetzen.
Deutsche Klimapolitik mit weitreichenden Zielen
Die Klimapolitik der Bundesregierung ist ehrgeizig. So sollen die klimaschädlichen Emissionen gegenüber dem Basisjahr 1990 bis 2020 insgesamt um 40 Prozent, bis 2050 sogar um 80 bis 95 Prozent sinken.
Allerdings scheint schon die erste Stufe in Gefahr. Zwar wurde 2012 laut nationalem Inventarbericht eine Reduktion der Treibhausgase um 24,7 Prozent erreicht, wissenschaftliche Untersuchungen zeigen aber: Die bisherigen Anstrengungen reichen nicht aus, um die Zielvorgaben für 2020 einzuhalten.
Aus diesem Grund sind im Dezember 2014 im Nationalen Aktionsplan Energieeffizienz (NAPE) weitere Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz in allen Wirtschaftsbereichen beschlossen worden. Denn ohne diese sind die ambitionierten Klimaschutzziele Deutschlands und der EU nicht zu erreichen.
NAPE stützt sich auf drei Säulen:
- die Energieeffizienz im Gebäudebereich voranbringen,
- die Energieeffizienz als Rendite- und Geschäftsmodell etablieren
- die Eigenverantwortlichkeit für Energieeffizienz erhöhen.
Wohnungswirtschaft in der Pflicht
Besonders werden die privaten Haushalte in die Pflicht genommen. Denn zehn Prozent der gesamten Emission von Treibhausgasen in Deutschland entfallen auf Verbrennungsprozesse in privaten Haushalten. Damit rangieren Häuser und Wohnungen auf dem vierten Platz der Quellen für klimaschädliche Gase in Deutschland.
Im Zentrum der Maßnahmen stehen Einsparungen von 25 bis 30 Millionen Tonnen CO2 durch einen geringeren Energieverbrauch. Dabei entfällt das höchste Einsparpotenzial auf Heizung und Warmwasser, da sie mehr als 70 Prozent des Gesamtenergieverbrauchs in Gebäuden ausmachen.
Eine besondere Rolle kommt in diesem Zusammenhang den rund 2.800 Unternehmen der Wohnungswirtschaft zu. Sie verwalten eine Vielzahl an Immobilien und können so spürbare Veränderungen zur Energieoptimierung herbeiführen.
Um aber das Einsparpotenzial in Liegenschaften zu erkennen, braucht es eine feingranulare Datengrundlage über die verbrauchte Energie. Denn es reicht nicht – wie heute üblich – einmal im Jahr den Verbrauch abzulesen. Vielmehr müssen die Daten rasch und detailliert zur Verfügung stehen. Nur dann können Besitzer und Bewohner zeitnah Veränderungen für mehr Effizienz vornehmen.
Intelligente Vernetzung im Internet of Things
Als Lösung bietet sich eine Vernetzung intelligenter Lesegeräte im sogenannten Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) an. Es steht für eine Vision, in der das Internet in die reale Welt hinein verlängert wird und viele Geräte ein Teil des Internets werden.
Dinge können dadurch mit Information versehen werden oder selbst als Akteure im Internet auftreten. Genauso wie Menschen das Web nutzen, kommunizieren auch Dinge auf verschiedene Art miteinander, nutzen Dienste und generieren selbst Daten. So ergeben sich weitreichende und bis heute ungeahnte Möglichkeiten.
Die Vernetzung verschiedener Geräte ist die Grundlage für eine Metering-Plattform für Wärme, Gas und Strom in Liegenschaften. Dazu senden Wärmemengenzähler, Stromzähler und Auslesegeräte für Gaszähler, oder Temperatursensoren Messwerte in kurzen Abständen auf eine zentrale Plattform.
Die gewonnenen Daten können dort in Echtzeit ausgewertet und zur Verfügung gestellt werden. So lassen sich ganz neue Funktionen zur Steigerung der Energieeffizienz leicht umsetzen.
Umsetzung per Cloud-Plattform
Gemeinsam mit der Q-loud GmbH, einer Tochter der QSC AG, entwickelt der Energiedienstleister URBANA im Kundenauftrag eben diese Lösung. Basis für dieses System ist die von der Q-loud entwickelte Cloud-Plattform SOLUCON zur Vernetzung intelligenter Geräte im Internet der Dinge.
In drei geografisch getrennten Hochleistungsrechenzentren der QSC AG in Deutschland wird SOLUCON redundant betrieben. Foto: QSC AG.
Sie verfügt über eine so genannte „Zero Downtime Architektur“. Das heißt, sie wird in drei geographisch getrennten Rechenzentren redundant betrieben. Dadurch ist ein höchstes Maß an Ausfallsicherheit gewährleistet und ein Betrieb praktisch ohne Wartungsfenster möglich.
Über die sogenannte COSPACE-API, eine vollständig dokumentierte, offene Schnittstelle, gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Integration bestehender Systeme, auch mit bereits vorhandener Hardware.
Sie kann als REST-API IP-basiert direkt angesprochen werden. Der Administrator kann eigene Untergruppen von Usern, sogenannte Partner, anlegen. Dieser kann dann eigene User-Accounts erstellen und verwalten.
Die API ermöglicht es dem User, sich auf der SOLUCON-Plattform zu registrieren. Nach der Registrierung steht dem User, je nach vom Partner gesetzten Zugriffsrechten, der volle Funktionsumfang zur Verfügung. Der Benutzer kann Dateien und Objekte auf der Plattform speichern, diese mit anderen Benutzern teilen und kommentieren.
SOLUCON ermöglicht die Vernetzung von Geräten im Internet der Dinge. Über die dokumentierte API können individuelle Lösungsbausteine aufgesetzt und betrieben werden.
Die COSPACE-API ermöglicht zudem das Anlegen von nicht definierten Datenstrukturen. So können auf SOLUCON Daten aller Art abgelegt werden. Dazu werden sie innerhalb eines JSON-Objektes auf der Plattform gespeichert und von dort abgerufen oder verarbeitet.
Zur Vernetzung intelligenter Geräte ermöglicht die API es dem User, Sensordaten auf SOLUCON abzuspeichern. Grundlage hierfür ist das COSPACE Sensor Protocol, welches die Paketstruktur der Sensordaten vorgibt. Alle bereits unterstützten Sensortypen sind in der COSPACE-API dokumentiert.
SOLUCON-Gateway: Das Gerät stellt per HTTPS die Verbindung zwischen der Plattform und den angeschlossenen Zählern her.
Diese Aufstellung kann jederzeit erweitert werden. Zusätzlich stellt die Schnittstelle diverse Möglichkeiten zur Kommunikation mit dem Benutzer wie Telefonie, Fax, Mailversand, SMS Messaging oder Push-Benachrichtigung zur Verfügung.
Die Integration von Geräten wie Wärmemengenzählern, Stromzählern oder Auslesegeräten für Gaszähler geschieht mittels Funkmodulen. Diese werden an die gerätespezifischen Schnittstellen der jeweiligen Zähler (z.B. M-Bus, RS 485 oder ModBus) angebunden. Dort werden die Daten verschlüsselt und in das QSC-eigene COSPACE-Sensor-Protokoll (CSP) übersetzt.
Zusätzlich können mit optischen Leseeinheiten Zählerstände vorhandener analoger Zähler ebenfalls in Analogie zum vorher Beschriebebenen angeschlossen werden. Als Empfänger der Daten dient in allen Fällen das SOLUCON-Gateway. Dieses Tischgerät ist über eine Internetverbindung ein permanenter Vermittler zwischen den angebundenen Geräten und der Plattform.
Der Bezug der erforderlichen IP-Adresse für den Internetzugang erfolgt per DHCP aus dem IP-Netz des Kunden, nachdem das Gateway mit Netzspannung versorgt wurde.
Die Verwendung eines HTTP/HTTPS-Proxies wird ebenfalls unterstützt. Mit dem Gateway können so die Möglichkeiten zur Anbindung an die Plattform zum Beispiel um Wireless M-Bus, Ethernet, USB, 868 MHz Funk mit AES-Verschlüsselung oder W-LAN ergänzt werden.
Das SOLUCON-Gateway baut eine verschlüsselte Ende-zu-Ende-Verbindung zur Plattform auf und bietet damit die Möglichkeit, Sensordaten sicher zu transportieren bzw. Daten an einen Aktor zu senden. Die Übertragung der Messwerte erfolgt auf Basis kostengünstiger M2M-Datentarife per GPRS/UMTS.
Architektur der Metering-Plattform.
Echtzeitanalyse der Zählerdaten
Auf SOLUCON können die Zählerinformationen zu Analysezwecken zur Verfügung gestellt werden. Die Möglichkeiten reichen von einer einfachen CSV-Datei bis hin zur Integration in Big Data Analyse-Systeme wie zum Beispiel SAP Hana.
Die Ergebnisse dieser Analysen ermöglichen eine feingranulare Übersicht über tatsächliche Verbräuche und können so zur Steigerung der Energieeffizienz beitragen. Neben dieser Basisanalyse können außerdem Fehlfunktionen oder Energielecks rasch identifiziert werden. Perspektivisch bietet SOLUCON die Möglichkeit zur Anbindung von Smart Home-Installationen in den Wohnungen der Mieter.
So werden diese in die Lage zu versetzt, zusätzlich die persönliche Energieeffizienz kostensenkend zu verbessern. Dadurch profitieren Mieter, Vermieter und letztlich Umwelt und Gesellschaft von den Möglichkeiten, die sich aus einem flexiblen, digitalen und die Quartiere vernetzenden Energie-Management ergeben: ein Wechsel von der nachfrageorientierten Energiebereitstellung zum angebotsorientierten Verbrauch.
Berliner Energietage: Q-loud und URBANA auf Fachmesse Energie-ImpulsE
Vom 27. bis 29. April 2015 finden die Berliner Energietage statt – mit Fachkongressen zum Thema Energieeffizienz in Deutschland. Flankiert werden sie durch die große Fachmesse Energie-ImpulsE, auf der sich zahlreiche Unternehmen und Dienstleister präsentieren werden – unter ihnen auch die QSC-Tochterfirma Q-loud und der Energiedienstleister URBANA, mit dem Q-loud kooperiert.
Die Messe richtet sich an Architekten und Planer ebenso wie an Bauherren und Eigentümer. Veranstaltungsort ist das Ludwig Erhard Haus in der Fasanenstraße 85, 10623 Berlin. Geöffnet ist die Messe jeweils von 9 bis 18 Uhr, der Eintritt zur Messe ist frei.
URBANA lädt im Rahmen der Messe am 27. April 2015 von 14:30 bis 18:00 Uhr zu Vorträgen und einer Podiumsdiskussion ein.
Daran nehmen Vertreter von Wohnungsunternehmen sowie aus den Bereichen Technologie und Stadtentwicklung teil. Thema: „Neue Lösungen in der dezentralen Energieversorgung urbaner Quartiere.“
Die Experten vertiefen in Impulsvorträgen und einer anschließenden Diskussionsrunde die Frage, wie Energieeffizienz und Klimaschutz mit sich verändernden Ansprüchen an Wohnen und bezahlbare Mieten in Metropolregionen in Einklang gebracht werden können.
Insbesondere durch die Digitalisierung und die sich daraus entwickelnden neuen Geschäftsmodelle in der Wohnungs- und Energiewirtschaft ergeben sich Chancen und Herausforderungen für Mieter, Eigentümer und Unternehmen.
Q-loud-Geschäftsführer Thomas Surwald wird einen der Impulsvorträge halten zum Thema: „Das Internet der Dinge in der Energieversorgung – Beispiele, Perspektiven.“ Im Anschluss wir er an der abschließenden Podiumsdiskussion teilnehmen – gemeinsam mit Dr.-Ing. Ingrid Vogler (GdW), Dr. Henning Lustermann (URBANA Energietechnik AG), Prof. Dr. Peter Schwehr (Hochschule Luzern / TU Berlin) sowie Reiner Wild (Deutscher Mieterbund / Berliner Mieterverein).
Artikelfoto: „Nobles Haus und Bäume in Deutschland“ © Tiberius Gracchus / fotolia #66920326.