Wasser aus einem kaputten Hahn, Stand-by Modus bei elektronischen Geräten – egal ob wir diese Energien nutzen oder nicht, bezahlen müssen wir für sie. Unsere Geräte funktionieren bislang nicht so effizient, wie wir uns das wünschen.
In unserer heutigen Sendung zeigen wir, warum die elektronischen Geräte von morgen weit weniger Energie verschwenden werden – aber als erstes schauen wir uns an, ob wir unsere Stromrechnung bereits durch eine schlaue Heizregelung reduzieren können.
Im Zentrum für umweltbewusstes Bauen in Kassel wird die Raumtemperatur von einem engeriesparenden Computer-Algorithmus gesteuert.
Das System analysiert Wettervorhersagen, um dadurch zu erkennen, wann es am besten ist die Heizung anzuschalten oder nicht.
Dabei beruft es sich auf die natürliche Ventilation und Solar-Energie, wann immer dies möglich ist.
Dimitrios Rovas von der Technischen Universität erklärt dazu: “Stellen sie sich dieses Gebäude vor, und es weht starker Wind. Wir können dann feststellen, welche Zimmer schneller abkühlen als andere, weil der Verlust nach außen höher ist.
Unser System erkennt also, dass bestimmte Zimmer oder Zonen mehr Energiezufuhr benötigen als andere, und dadurch können diese Bereiche im Vorfeld geheizt oder gekühlt werden – wenn möglich, mit Energie aus der Photovoltaik.”
Das System stellt sich auf jedes Zimmer individuell ein, indem es Sensoren verwendet, die die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und den CO2-Gehalt messen. Und es weiß sogar, wieviele Personen sich in einem Raum befinden.
Das System merkt sich auch Dinge wie Arbeitszeiten. Dadurch weiß es, wann welches Zimmer benutzt wird. Und mit all diesen Informationen, kann es den besten Komfort bei minimaler Energiezufuhr bieten.
Diese schlauen Algorithmen wurden mit Hilfe eines Projekts entwickelt, an dem fünf Wissenschaftler aus fünf europäischen Ländern beteiligt sind.
Juan Santiago, Wissenschaftler des FIBP erklärt:
“Dieses Gebäude wird von hundert verschiedenen Einflüsse stimuliert, die zum Beispiel von der morgigen Temperatur-Vorhersage und der Sonneneinstrahlung abhängen.
Und damit wird eine Strategie erschaffen, die Energie spart und den Nutzern mehr Komfort zur Verfügung stellt.”
Die Simulations-Software läuft über ein Cloud-Netzwerk, die lokalen Vorgängen übernehmen aber die einfachen Geräte.
Santiago dazu weiter:
“Wir benutzen diesen kleinen Computer, der in der Lage ist, das ganze Gebäude zu steuern. Er erhält ein Signal aus der Cloud und leitet dieses weiter an das Gebäude – um zum Beispiel einen Rolladen zu schließen.”
Die Nutzer können mit dem System über das Internet agieren. Über ihren Tablet-Computer oder ein Smartphone können sie alles auch manuell steuern, oder die Sensoren immer mal wieder checken.
Die gleichen Algorithmen, nur auf einer größeren Bandbreite, findet man im Energy Research Center an der Universität von Aachen, die wie ein riesiger Kühlschrank funktioniert.
Um die richtige Temperatur in den multifunktionalen Büroräumen und Konferenzzimmern herstellen zu können, wird die unterirdischen Energie angezapft.
Alex Michalski von der RWTH Aachen:
“Was wir hier sehen sind 16 Bohrlöcher mit Wärmeaustauschern in einer Tiefe von 100 Metern. Wir pumpen warmes Wasser in den Boden und pumpen kaltes Wasser wieder raus, bei einer Temperatur von 4 Grad Celsius.”
Der geothermische Bereich, Solarzellenplatten und sogar heraustretende Hitze aus den Serverräumen, liefert nutzbare Energie für das Klimasystem im Inneren. Die Computer-Software nutzt jede mögliche Quelle, um die Temperatur des Wasser, das durch Rohre in der Decke läuft, zu optimieren.
Ana Constantin von der RWTH Aachen dazu:
“Nachdem die Pumpe, das Wasser gekühlt oder erhitzt hat, wird es in das gesamte Gebäude weitergeleitet. Und das schaffen wir, indem wir es durch die Rohre in einer bestimmten Decke durchlaufen lassen. Die Software gibt der Pumpe dabei den Auftrag, welche Temperatur das Wasser haben soll.”
Ein “schlaues” Zuhause, dass Wetterveränderungen aufnimmt und die Wärmezufuhr nach dem Bedarf des Nutzers steuert, veschwendet keine ungenutzte Energie.
Johannes Fuetterer von der RWTH Aachen dazu:
“Das Gebäude passt sich unseren Angewohnheiten an – wenn wir von der Arbeit nach Hause kommen, wenn wir zu Freizeitaktivitäten aufbrechen. Das Heizsystem wärmt oder kühlt das Gebäude im Vorfeld ab, spart dabei Energie und wir Geld – während der thermische Komfort gleichzeitig steigt.”
Ein weiteres europäisches Projekt versucht die sogenannten “Energie-Vampire” zu bändigen:
Alle elektronischen Geräte – angefangen von Mobil-Telefonen, bis hin zu den besten Computern, verbrennen Energie, auch wenn sie sich nur im Stand-by Modus befinden.
Allein in Europa könnte die Energie die dadurch verschwendet wird, Länder wie Österreich, Tschechien und Portugal zusammen versorgen.
Kirsten Moselund von IBM Research Zürich:
“Ein Problem ist, dass Transistoren – und Transistoren sind ein Zusammenschluss aller elekrtonischen Kreisläufe – undichte Geräte sind.
Das heißt, sogar wenn sich nicht eingeschalten sind, verlieren sie Energie. Das heißt viel Energie wird einfach verschwendet.
Wir arbeiten nun an einem neuem Modell, das wir “Tunnel Effekt” genannt haben. Und mit diesen Transistoren kann das Problem hoffentlich gelöst werden. Sie verlieren weniger Energie, wenn sie nicht genutzt werden. Dazu verbrauchen sie weniger Energie, wenn sie genutzt werden. Und wir können den Energieverbrauch von elektronischen Kreisläufen verringern.”
Ein Transistor funktioniert wie eine Wasserleitung, es unterstützt den Flow. In der Theorie brauchen die Tunnel-Effekt-Transistoren der nächsten Generation viel weniger Volt, bei maximaler Leistungsfähigkeit. Die Herausforderung für die Wissenschaftler ist es nun Silizium, Sillizium-Germanium und halbleitende Nanodrähte erfolgreich zu kombinieren.
Mattias Borg von IBM Research Zurich:
“Wir stecken diesen Silizium-Wafer in diesen Reaktor hier hinten, und dann lassen wir Nanodrähte darauf wachsen und benutzen diese Struktur. Aus der Kombination dieser beiden Materialien können wir dann einen neuen Typ Transistor herstellen, der einen geringeren Energieverbrauch erlaubt. Und er hat dabei immer noch die gleiche Geschwindgkeit wie moderne Transistoren.”
Ziel ist es, den Energie-Verbrauch von Computer Chips um 90 Prozent zu reduzieren und im Stand-by Modus auf so gut wie Null zu bringen .
Mit dieser Leistungsfähigkeit müssen manche Geräte schon bald nicht mehr aufgeladen werden – sie sammeln die notwendige Energie aus der Umgebung. Dünne und flexible, selbst-versorgende Geräte haben die Möglichkeit, Bereiche wie Gesundheitsvorsorge, Sicherheit und Kommunikation zu revolutionieren.
Adrian Ionescu von STEEPER:
“Wenn man die ultra-niedrig Energie verbrauchenden Geräte mit flexibler Substrat-Technologie und Energie Speichern kombiniert, dann kann ein autonomes System entstehen, welches eine komplett neue Applikation eines smarten Geräts im Alltag darstellt. Wie eine Art tragbares System, ein Objekt unserer Umwelt, dass viele Funktionalitäten stellt – für ein besseres Leben und verbesserte Interaktionen mit unserer Umwelt.”
Die Wissenschaft arbeitet weiter daran, aber bislang ist noch unklar wann die nächste Generation der Transistoren industriell produziert werden kann. Einige Wissenschaftler sagen, es kann noch an die 15 bis 20 Jahre dauern.