Ausgediente Smartphones für die Steuerung von Gebäudesystemen
Mit automatisierten Gebäudesystemen liesse sich der Energiebedarf von Bauten um rund einen Drittel senken. Allerdings braucht es dafür Computerchips, deren Herstellung grosse Mengen CO2 verursachen. Ob dies ausgediente und beschädigte Smartphones ändern könnten, untersucht derzeit Empaforscher Hanmin Cai.
Quelle: Hanmin Cai
Ein oberflächlich beschädigtes Smartphone (links) kann problemlos die gleichen Aufgaben erfüllen, wie eine neuwertige Kontrolleinheit (rechts).
Der Gebäudepark ist für rund 40 Prozent Energieverbrauchs in der Schweiz verantwortlich. Selbstlernende Algorithmen könnten dies ändern, indem sie Gebäude aufgrund ihrer baulichen Merkmale und ihrer Nutzung optimal betreiben. Allerdings benötigen solche Gebäudesysteme eine entsprechende Hardware – vornehmlich Rechen- und Kommunikationsleistung. Hanmin Cai, Forscher an der Empa im Bereich urbane Energiesysteme, brachte dies ins Grübeln.
Wertvolle Ressourcen für Transport und Herstellung der Hardware
Auch in seinem aktuellen Projekt stelle der ökologische Fussabdruck der benötigten Hardware ein Dilemma dar, sagt Cai. «Diese Systeme sollen ja Energieverbrauch und CO2-Ausstoss vermindern. Wenn wir dazu aber neue Hardware herstellen müssen, deren Produktion und Transport wertvolle Ressourcen benötigen und grosse Mengen CO2 verursachen, dann verschieben wir einen Teil der Emissionen einfach auf andere Sektoren». Nachdem er zu Hause in einer Schubladen seinen alten Smartphones stiess, stellte er sich die Frage, ob sich statt neuer ausgediente Hardware nutzen liesse. Zumal Smartphones oft wegen eines beschädigten Bildschirms oder schwindender Akkulaufzeit ersetzt werden, während sowohl Prozessor als auch Speicher immer noch einwandfrei funktionieren.
In der Folge untersuchte Cai, ob grundlegende Kontroll- und Kommunikationsaufgaben mit herkömmlichen Smartphones durchgeführt werden können, welche Leistung diese erbringen und welche Software-Applikationen es dafür benötigt. Dazu spielte er den von ihm mitentwickelten Algorithmus mittels Open Source Software auf sein altes Smartphone, um so die Raumtemperatur in einer Einheit des NEST-Forschungsgebäudes, innerhalb einer von ihm festgelegten Komfortzone, zu kontrollieren. In einem zweiten Versuch kontrollierte er damit den Lade- respektive den Entladevorgang einer elektrischen Batterie, die mit einem simulierten Stromnetz verbunden war.
Kommunikationsgeschwindigkeit der Smartphone-Controller reicht für die Gebäudesteuerung
Die ersten Ergebnisse seien insofern zufriedenstellend, als dass beide Aufgaben mit ansprechender Genauigkeit ausgeführt werden konnten, heisst es dazu in einer Mitteilung der Empa. Auch bezüglich der Kommunikationsgeschwindigkeit habe der Smartphone-Controller in einem Bereich gelegen, der für die Gebäudesteuerung ausreichend sei. Augenscheinlicher Vorteil dieses Setups laut Cai: «Wir alle kaufen uns etwa alle fünf Jahre ein neues Smartphone. Dazu kommt, dass in den meisten Haushalten mehr als eine Person lebt. Die Ressourcen wären also zur Genüge vorhanden».
Dennoch: Die Idee steht noch ganz am Anfang. Wichtige Fragen, wie zum Beispiel zur Sicherheit der Software-Kette, zur Skalierbarkeit der Anwendung oder der Lebensdauer eines solchen Smartphone-Controllers, sind noch nicht abschliessend beantwortet. Zudem steht noch eine fundierte Analyse des CO2-Verbrauchs über den gesamten Lebenszyklus des Smartphone-Controllers an. Dadurch wird das Forschungsteam genau beziffern können, wie viele Emissionen gegenüber einem neu produzierten Gerät schliesslich eingespart werden können. (mai/mgt)
