Das Energieeinsparungspotential von Smart Home Technologien

Abstract

Seit dem 11. Dezember 1997 existieren mit dem Kyoto Protokoll internationale Ziele um den Treibhausgasausstoß der teilnehmenden Länder zu reduzieren. Österreichs Energiebruttoinlandsverbrauch ist jedoch im Zeitraum von 1990 bis 2010 um 39% gestiegen. Betrachtet man den Sektor private Haushalte, beträgt die Steigerung des Energieverbrauchs 18%. In Gebäuden ab 1990 konnte allerdings der Energieverbrauch durch eine modernere Bauweise bereits um 27% gesenkt werden. In dieser Arbeit wird das Konzept des Smart Home als eine Möglichkeit vorgestellt, den Energieverbrauch weiter zu reduzieren. In diesem Zusammenhang wird auf die folgenden Fragestellungen eingegangen: Welche Technologien und Standards für Smart Homes existieren bereits? Welche Systeme sind miteinander kompatibel und wie können sie verbunden werden? Welche neuen Funktionalitäten, Anwendungsszenarien und energieeffizienten Logiken sind durch die Verbindung möglich? Welches Energieeinsparungspotential resultiert aus dieser Verbindung? Das Ziel dieser Arbeit ist die Ermittlung des Energieeinsparungspotentials moderner Technologien, welche in der Lage sind, dem steigenden Energieverbrauch und wachsenden Treibhausgasausstoß auf dem Sektor private Haushalte entgegenzuwirken. Nach einem allgemeinen Überblick über die Technologien und Standards für Smart Homes, wird in dieser Arbeit eine Auswahl von Technologien für die Bereiche Sensorik, Wechselrichter und Wärmepumpen detailliert betrachtet. Diese Technologierecherche und die anschließende Analyse sind die Basis zur Beantwortung der Fragestellungen. Die Analyse umfasst das batterielose Funksensornetzwerk von EnOcean und das KNX Hausautomatisierungssystem. Anschließend werden die Wechselrichter Fronius Galvo 3.1-1 und SMA Sunny Boy 5000 Smart Energy behandelt. Aus dem Bereich Wärmepumpen werden die Produkte von Heliotherm und Alpha-Inno Tec untersucht. Der Fokus der Analyse liegt auf dem grundlegenden Konzept, der Qualität und Effizienz, sowie der Kompatibilität zu anderen Systemen und Technologien. Diese Arbeit zeigt, dass der gemeinsame Nenner zur Vernetzung dieser Technologien, die jeweiligen Protokolle auf Basis der IP-Protokollfamilie sind. Anschließend wird auf die Kombination der Funktionalitäten und die resultierenden Anwendungsszenarien eingegangen. Abschließend wird das Energie- und Kosteneinsparungspotential aller technisch möglichen Kombinationen der Systeme, unterteilt in die Gebäudetypen Altbau saniert, Neubau Standard und Neubau Niedrigenergie, verglichen. Es wird gezeigt, dass je nach Systemkombination ein maximales Gesamteinsparungspotential von rund einem Drittel entsteht.

Since 11. December 1997, the Kyoto Protocol provides goals for the reduction of greenhouse gas emissions for the participating countries. Between 1990 and 2010, the total energy consumption in Austria has increased by 38%. Statistics show, that the energy consumption of Austria's private households has also increased by 18%. However, due to modern construction techniques, it was possible to reduce the energy consumption in buildings constructed after 1990 by 27%. This diploma thesis introduces the smart home concept as one possibility to further reduce the energy consumption of buildings. Therefore, this work focuses on the following research questions: Which technologies and standards are available for smart homes? Which technologies can be connected and how? Which scenarios and new functions result from this connections? What are the potential energy savings of this connections? This diploma thesis shows the energy saving potential of modern technologies, which are capable of reducing the energy consumption of private households and the greenhouse gas emissions in the sector of private households. After an overview of the techniques and standards for smart homes, a selection of technologies is discussed in detail. This discussion includes the concept, functionality, quality and efficiency of this technologies, as well as the compatibility to other systems. This section is divided into the categories sensor technology, alternating-current converters and heat pumps and is the initial point for answering the research questions. The systems of KNX and EnOcean can be used for sensor networks and the control of appliances. The alternating-current converters from Fronius and SMA are necessary to make use of the electric power produced by photovoltaic cells. In addition, the heat pumps of Heliotherm and Alpha-Inno Tec are discussed in detail. The next section shows how this technologies can be connected and which new energy saving scenarios are possible. The common ground of these technologies are the used protocols, based on the IP-protocol. In the final section of this diploma thesis, the potential energy savings of all possible technology combinations are compared. This combinations are applied to different types of buildings: renovated existing buildings, standard new buildings, low energy new buildings. Depending on the combination, a reduction of up to one third of the consumed energy and costs is possible.