Lösungen

Smart City – Smart Living

Zukünftig werden bis zu zwei Drittel der gesamten Weltbevölkerung in Metropolregionen leben; Chance oder Katastrophe?

Im Fraunhofer Institut wird an ganzheitlichen Entwicklungskonzepten für Städte der Zukunft gearbeitet. Sie sollen smarter, grüner und lebenswerter werden! Alle Bereiche des urbanen Zusammenlebens müssen dafür zusammengeführt werden. … und dazu gehören auch intelligente Lösungen für zusätzliche Gebäudeabschlüsse wie Rollläden, Markisen, Jalousien, Lichtlenkungsanlagen und Tore.

Wie Berlin, New York, Shanghai … so weiterentwickeln, dass sie trotz Konzentration von -zig Millionen Menschen an einem Ort nicht lebensfeindlich sondern deutlich menschenfreundlicher werden? Megacities haben sich auf den Weg gemacht, zu schlauen Städten mit dem Anspruch einer Smart City zu werden. Die dahinter stehende Vision ist, die Städte zu intelligent vernetzten, zukunftsfähigen, postfossilen und resilienten Städten zum Nutzen einer gebildeten, toleranten und kreativen Gesellschaft zu formen. Hohe Lebensqualität, Weltoffenheit und eine bürgerorientierte Politik sollen sie noch mehr zu urbanen Anziehungspunkten machen, in denen Smart Living allgemein üblicher Standard ist.

Mit den bisherigen Instrumenten und gewohnten Arbeits- und Kooperationsweisen wird dies nur mit erheblichem Mehraufwand – wenn überhaupt – möglich sein. Deshalb sind neue Formen der Zusammenarbeit, des Denkens und Handelns sowie eine Kultur des gegenseitigen Vertrauens und Wohlwollens gefragt. Energieeinsparung und Mobilität und weitere Aktionsfelder dürfen nicht mehr in Konkurrenz zueinander stehen. Vielmehr geht es um gemeinschaftliche Lösungen unter einem Dach. Das Fraunhofer Institut hat sich dieser Aufgabe verschrieben und führt kluge Köpfe aus aller Welt  zusammen, um Konzepte für Smarte Cities zu entwickeln.

Energieeinsparung

Wie soll die Smarte City von morgen beschaffen sein? Natürlich muss sie energieeffizient funktionieren. Rund ein Drittel der CO2-Emissionen geht auf das Konto von Gebäuden. Dementsprechend groß sind die Energieeinsparpotenziale. Nach der Europäischen Gebäuderichtlinie (EPBD) soll der Gebäudebestand bis 2050 CO2-neutral werden. Ohne Vernetzung und intelligente Steuerung von Gebäuden ist das nicht denkbar. Mit der Digitalisierung von Heizungs- und Klimaanlagen sollen deshalb Aussagen über die tatsächliche Energieeffizienz eines Gebäudes gewonnen werden.

Im Mittelpunkt steht ein intelligentes Energiemanagement. Das Investment in eine intelligente, funkbasierte Heizungssteuerung ist in vielen Fällen ein erster nahe liegender Schritt dafür.

Nach der Deutschen Energie-Agentur (dena) lassen sich schon heute Smarte Wohnviertel umsetzen, mit den man in der Lage ist, erhebliche Effizienzpotenziale zu generieren. Eine zentrale Nahwärmelösung für viele Wohneinheiten anstatt vieler einzelner Wärmesysteme.  Oder – je nach Bedarfslage – umgekehrt gedacht: viele einzelne Energieerzeuger, die nur aktiviert werden, wenn sich die benötigte Energie nicht aus alternativen Quellen decken lässt.

Ziele eines Smarten Quartierskonzeptes zur Energieeinsparung sind:

  • effiziente Wärmeversorgung (die zentrale ortsnahe Energieerzeugung mit Absicherung über Fernwärme),
  • Nutzung von Dächern als Photovoltaikfläche,
  • Aufbau eines intelligenten digitalen Energiemanagements zur Steigerung des Komforts bei gleichzeitiger Kosteneinsparung,
  • Schaffung einer energieeffizienten Infrastruktur,
  • Entwicklung von Lösungen für den Einsatz erneuerbarer Energien und nicht zuletzt
  • Steigerung eines klimabewussten Verbrauchs 

Digitalisierung

…endet nicht an den eigenen vier Wänden. Mit dem Verbundforschungsprojekt Smarte Quartiere des Fraunhofer Instituts wird eine Potenzialanalyse voran getrieben, aus der zukünftig Planungsstrategien und Geschäftsmodelle entwickelt werden. Unmengen von Daten sind dafür zu erfassen und zu verarbeiten. Denn im Rahmen dieses Forschungsprojektes sollen in aktiver und enger Zusammenarbeit mit der angewandten Forschung Chancen und innovative Lösungen für Smarte Stadtquartiere in den Bereichen Smart Home, Smart Lightning, Mobility- on-Demand, Smart Energy Grids, Home Consumer Electronics, digitale Kommunikation etc. aufgezeigt werden.

Der Fokus der Forschung liegt auf der Verbesserung von Zukunftsfähigkeit, Ressourceneffizienz, Wohnkomfort, Wohlbefinden, Nachhaltigkeit, Anpassungsfähigkeit und Innovation. Darauf basierend werden konkrete Wege für die Weiterentwicklung bestehender Strategien und Geschäftsmodelle rund um den Lebenszyklus von Quartieren in der Stadt von morgen aufgezeigt.

Der intelligente Umgang und das Bewusstsein für den Einsatz großer Datenmengen für die Smarte Stadtentwicklung muss allerdings erst erlernt und getestet werden. Dazu sind mutige Schritte notwendig, um diese Vision mit Leben zu füllen. Menschen, Gebäude, Quartiere, Städte und noch größere Systeme und die sich verändernden Bedürfnisse des Alltags müssen in Übereinstimmung gebracht werden.

Smarte Quartiere

Sozusagen auf kleinerer Ebene beschreibt ein Smartes Quartier ein räumlich zusammenhängendes Areal, in dem alle Vorgänge gesamtheitlich betrachtet werden, so dass den Bewohnern attraktive Mehrwertdienstleistungen angeboten werden können. Große Datenmengen müssen dafür importiert, integriert, verarbeitet und wiederverwendet werden. Und das alles unter Beachtung der Persönlichkeitsrechte eines jeden Nutzers. Die Datenströme umfassen Strom, Wärme, Mobilität, Sicherheit, Telekommunikation und Informationsdienste.

Ein weiterer häufiger Anwendungsfall ist die Optimierung der Raumnutzung in Zweckbauten. Bleiben 30 bis 40 Prozent der Schreibtische regelmäßig ungenutzt, lohnt sich die Einführung eines „Hotdesking-Konzepts“, bei dem sich die Mitarbeiter – je nach Anwesenheit – flexibel Schreibtische teilen. Nötig dazu sind zusätzliche Präsenzsensoren, die die Anwesenheit in einem Raum oder an einem Schreibtisch registrieren und diese  Informationen in die Cloud weiterreichen, in der ein Algorithmus die Belegung steuert. Der Flächen- und gleichzeitig der Energiebedarf von Bürogebäuden lassen sich auf diese Weise gezielt reduzieren.

Mit einer sogenannten Energy Harvesting-Technologie können bestehende Gebäude und Neubauten nachhaltig digitalisiert und smart gemacht werden. Dabei geht es um die Gewinnung kleiner Mengen von elektrischer Energie aus Quellen wie Umgebungstemperatur, Vibrationen oder Luftströmungen für mobile Geräte mit geringer Leistung. Zusatznutzen: Gleichzeitig lässt sich eine attraktive Arbeitsumgebung schaffen und die Produktivität der Mitarbeiter erhöhen. Damit einher geht die Steuerung der Raumtemperatur, Luftqualität und -feuchtigkeit sowie des Sonnenschutzes und des Lichts.

In solchen Anwendungen stecken  für das Facility Management neue Aufgaben und Geschäftsbereiche. Es geht nicht mehr nur um die reine Verwaltung eines Gebäudes, sondern um neue Services, so z.B. Mobility-on-Demand. Je nach Termin und Arbeitserfordernissen lässt sich der Fuhrpark eines Unternehmens bis hin zu Lademöglichkeiten für Elektroautos bedarfsgerecht planen … und selbst das eigene Fahrzeug kann durch einen entsprechenden Service ersetzt werden, denn Fahrzeuge stehen dann immer zur Verfügung, wenn erforderlich.

Genauso können Smarte Systeme im Sinne der Barrierefreiheit Menschen mit Bedarf unterstützen und so in die Gesellschaft besser integrieren. Somit könnten auch Lösungen entwickelt werden, die durch den demografischen Wandel entstehen.

Rollladen und Sonnenschutz

Glasflächen, die im Sommer nicht automatisch beschattet und im Winter nicht gegen unangenehme kalte Luftströme abgedeckt werden, sind quälend. Tore und Türen, die nur unzuverlässig funktionieren, ein Ärgernis. Der Technische Bereich des Bundesverbandes Rollladen + Sonnenschutz e.V. hat enge Arbeitsbeziehungen mit dem Fraunhofer Institut entwickelt, um die intelligenten Lösungen für die Rollladen- und Sonnenschutzbranche in Smarte Wohn- und Gewerbekonzepte zu integrieren.

Die Klammer für all diese Szenarien sind Rohdaten, die durch Millionen von Sensoren erfasst werden. Sie bilden die Grundlage für Energieeffizienz, CO2-Reduktion und bessere Ressourcennutzung. Angesichts der Vielzahl der nötigen Sensoren, Gateways und Aktoren müssen diese einfach nachrüstbar und erweiterbar, standardisiert und funkbasiert sein sowie energieautark arbeiten.

Das Fraunhofer-Institut nimmt hier mit seinem Forschungsprojekt „Smarte Quartiere“ gemeinsam mit den angeschlossenen Partnern eine Vorreiterstellung ein. Die ersten Konzepte wurden bereits in Eindhoven, Stavanger und Manchester umgesetzt. Weitere Informationen lassen sich über www.ise.fraunhofer.de unter dem Schlagwort Quartierkonzepte und Wärmenetze bzw. Smart Cities finden.

Foto: ©iStockphoto.com/elenabs

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