ENERGIE SPAREN. mit NiQ Test Resultate 2013/14. neurobat.net

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1 ENERGIE SPAREN mit NiQ Test Resultate 2013/14 neurobat.net

2 ENERGIE SPAREN mit NiQ Testresultate 2013/14 2 Cool statt heiss Der NiQ-Heizungsregler von Neurobat sorgt ganz cool für komfortable Innentemperaturen. Wer kennt diese Situation nicht: An einem Dienstagnachmittag im März trifft man sich im Sitzungszimmer. Die Heizung läuft... und dann fällt die Sonne durch die Scheiben. Die Konzentration lässt nach, die Augen fallen zu, die ersten Köpfe senken sich zur Brust. Sonderbar: Der Raum ist mit einem Thermostat ausgestattet. Aber obwohl wir unterdessen im Zeitalter des «Internets der Dinge» angelangt sind, Smartphones, Sofortkommunikation und WLAN in allen Räumen nutzen, scheint es uns nicht zu gelingen, die Raumtemperatur präzise und bedarfsgerecht zu regeln. Bis heute... Basierend auf der sogenannten «Model Predictive Control»-Familie (MPC) der Regelungssysteme, hat Neurobat einen neuen Algorithmus für Heizungsregler entwickelt. Mit diesem lernfähigen Regler lässt sich die Heizwasser-Vorlauftemperatur optimal steuern nie wieder werden Sie unter überhitzten Räumen und hohen Heizenergierechnungen leiden. Mehr Komfort bei minimalem Energieverbrauch d.h. bei niedrigeren Heizkosten. NiQ implementiert diese anpassungsfähigen Algorithmen und bietet eine einfache Lösung für die Nachrüstung von Heizanlagen. Die neusten Testergebnisse aus den Heizperioden 2013 und 2014 belegen die Effizienz der NiQ Lösung. Moderne Heizungsregler müssen smart sein und vieles erfassen können: etwa dass sich die Familie in einem bestimmten Raum trifft, dass die Sonne hervorkommt bzw. sich hinter den Wolken versteckt, dass ein Raum längere Zeit leer stehen wird usw. Gleichzeitig sollen sie konstant für optimalen Komfort sorgen. Die meisten Heizungsregler sind aber zu wenig feinfühlig und flexibel, um ohne Komforteinbussen die effektiv bestmögliche Nutzung von Heizenergie sicherzustellen. Hier bewährt sich das NiQ von Neurobat: mehr Nutzerkomfort, weniger Kosten. NiQ implementiert diese anpassungsfähigen Algorithmen und bietet eine einfache Lösung für die Nachrüstung von Heizanlagen in Einfamilienhäusern. Wie funktioniert NiQ? Führt NiQ effektiv zu Energieeinsparungen? Abbildung 1: Neurobat NiQ

3 ENERGIE SPAREN mit NiQ Testresultate 2013/14 3 Energieverbrauch ein Balanceakt Die Energiebilanz eines Gebäudes ist eine komplexe und dynamische Mischung seiner thermischen Eigenschaften, der täglichen und saisonalen Schwankungen der Sonneneinstrahlung, des menschlichen Nutzungsverhaltens, der Windeinwirkungen und «unfreiwilliger» Wärmequellen wie Sonneneinstrahlung auf eine Fläche im Gebäudeinneren, Körperwärme, Abwärme von Anlagen und Maschinen usw. Selbst die raffiniertesten und modernsten Regler arbeiten mit vorgegebenen Heizkurven, sodass sie dieses nichtlineare, dynamische Verhalten nicht einkalkulieren können. Die Technologie von Neurobat «lernt» dagegen laufend Fakten zum thermischen Verhalten des Gebäudes dazu. Sie arbeitet mit Neuro-Fuzzy-Technologie und künstlichen neuronalen Netzwerken, um den Energieverbrauch zu optimieren und ein komfortables Klima für die Benutzer zu erzeugen so lassen sich unerwartete und selbst nichtlineare Veränderungen der Umweltbedingungen einbeziehen. Die Neurobat-Technologie kann sogar Wettervorhersagen erstellen, um den Energieverbrauch zu planen. Das Reglersystem antizipiert, was geschehen wird, und lernt durch Beobachtung, wie sich Heizenergie und Benutzerkomfort am besten verbinden lassen; es kann die zukünftige Innentemperatur des Gebäudes vorhersagen und dabei vorhergesehene Solarerträge, Aussentemperaturen und Vorlauftemperaturen des Heizbereichs einbeziehen. Das System kann sogar zwischen Fussbodenheizungen und Heizkörpern unterscheiden. Ziel der Optimierung ist es, den Komfort deutlich zu steigern und die Vorlauftemperatur dabei möglichst gering zu halten. So fällt der Temperaturunterschied zwischen dem Vorlauf der Heizanlage und der Temperatur des Umfelds geringer aus. Dies wiederum führt zu einem geringeren Wärmeaustausch an den Stellen, wo er nicht erforderlich ist. Dies ist kein gängiges Verfahren: Im Allgemeinen besteht das Ziel darin, die dem Gebäude zugeführte Energie zu reduzieren. Anders bei Neurobat: Hier wird die Vorlauftemperatur für den Heizbereich optimiert. Für diesen Ansatz spricht vor allem, dass es bei den (weitverbreiteten) Thermostatventilen nicht möglich ist, die Abgabe von Energie an das Gebäude zu beeinflussen, da die Ventileinstellung hierfür massgeblich ist (und wenn die Sonne scheinen will, ist es halt Pech). Die Kontrolle der «verfügbaren Wärme» über die Vorlauftemperatur ermöglicht allerdings eine passende Regulierung der Wärmeabgabe. Wenn bekannt ist, ob und wann sich Menschen in einem bestimmten Teil des Gebäudes aufhalten, kann die Heizung entsprechend energiesparend angepasst werden. Dasselbe gilt, wenn bekannt ist, wann die Sonne scheint und wie sich die Aussentemperatur verhält. Vorhersagen der lokalen Solarerträge sind ebenfalls von grossem Einfluss. Diese Vorhersagen beziehen die Schatten von Hügeln, Gebäuden und Bäumen sowie andere Gegebenheiten ein, welche die Sonnenwärme beeinflussen, die das Gebäude im Lauf des Tages aufnimmt. Bei Bäumen ist zudem zu beachten, dass sich die Belaubung mit den Jahreszeiten ändert. Die Auswirkungen dieser Änderungen werden in der Software vorhergesagt. Dank der Fähigkeit, laufend mehr über das thermische Verhalten eines bestimmten Gebäudes zu lernen, ist sichergestellt, dass die Energienutzung und der Komfort selbst bei Renovationen (neue Isolierungen, neue Wärmequellen usw.) oder bei Änderungen der Umweltbedingungen (Neubauten in der Nachbarschaft, Baumwachstum oder Baumfällaktionen usw.) optimiert werden. Dies gilt auch für Umnutzungen des Gebäudes oder neue Gewohnheiten der Benutzer, etwa bei Verhaltensänderungen und neuen Tagesrhythmen heranwachsender Kinder.

4 ENERGIE SPAREN mit NiQ Testresultate 2013/14 4 Selbstlernende Regelung Das Herzstück der Neurobat-Technologie ist ein patentiertes neuronales Netzwerk eine Art von Black-Box-Modellierung, bei der die dem Verfahren zugrunde liegenden Mechanismen nicht zwingend verstanden oder nachvollzogen werden müssen. Das neuronale Netzwerk ist derart programmiert, dass es einen Output anhand einer Reihe von Inputs vorhersagt, nachdem es mit Sätzen experimentell gewonnener Daten geschult wurde insbesondere mit den massgeblichen Gebäude- und Klimadaten. Die Verarbeitung erfolgt innerhalb eines ausgefeilten Neuro- Fuzzy-Modells. Hier erweisen sich die Neurobat-Produkte als leistungsstärker als diejenigen anderer Anbieter. Während der Lebensdauer eines Neurobat-Produkts werden die Modellparameter angepasst, um den Unterschieden zwischen den vorhergesagten und den effektiven Ergebnissen Rechnung zu tragen. Obwohl die Konvergenz rasch erreicht wird (generell ist das System nach 2 bis 3 Wochen optimal leistungsfähig), lassen sich Faktoren wie beispielsweise Änderungen des Tagesrhythmus von Teenagern, neue Mieter oder neue Raumaufteilungen nach wie vor berücksichtigen. Das NiQ errechnet laufend die beste Vorlauftemperatur für das Gebäude, sowohl in Bezug auf Energieeffizienz als auch hinsichtlich des Komforts. Wie wird diese Information nun an das bestehende Heizungsregelungssystem übermittelt? Ganz einfach - gar nicht. Das NiQ wird ins bestehende Heizsystem integriert und zwischen dem bestehenden Heizungsregelungssystem und dem Aussentemperatursensor installiert (siehe Abbildung 2). NiQ misst u.a. regelmässig die Vorlauftemperatur und passt die vom bestehenden Regelungssystem «wahrgenommene» Aussentemperatur an. Wenn die Vorlauftemperatur zum Beispiel reduziert werden soll, wird NiQ dem bestehenden Regler eine erhöhte Aussentemperatur vorgeben und umgekehrt. So nutzt das NiQ die grosse Schwäche von witterungsgeführten Regelungssystemen aus, um Ihren Betrieb zu optimieren. Sonnen-Sensor (SRS) Raum- Temperatur- Fühler (RTS) inaktiv setzen Raum- Temperatur- Fühler (RTS) Heizschlange, Radiator Thermostat- Ventile im Referenzraum Aussen- Temperatur- Fühler 1 (OTS1) Rücklauf- Temperatur- Fühler (RFTS) Mischventil Aussen- Temperatur- Fühler 2 (OTS2) Neurobat NIQ Heizungs-Regler Wärmeerzeuger Vorlauf- Temperatur- Fühler (FFTS) Steuersignal für bestehenden Heizungs-Regler (OTSE) Neurobat Abbildung 2: Neurobat NiQ wird zwischen dem bestehenden Heizungsregelungssystem und dem Aussentemperatursensor installiert. Verkabelung einer typischen Installation vor und nach der Installation von NiQ. NiQ kann auch in Anlagen ohne Mischventil installiert werden.

5 ENERGIE SPAREN mit NiQ Testresultate 2013/14 5 Einfache Installation und Wartung Trotz seiner ausgefeilten Neuro-Fuzzy-Technologie erfordert Neurobat nur einen konfigurierbaren Parameter bei der Inbetriebnahme: den optimalen Sollwert für die Innentemperatur. Während des Betriebs sind vier Inputs erforderlich: Aussen- und Innentemperaturen, Sonneneinstrahlung und Vorlauftemperatur. Die Parameter, die sich auf die Heizkurven beziehen, stellen normalerweise das grösste Problem dar. Hier ist keine Feinabstimmung mehr erforderlich, da das selbstlernende System diese Parameter determiniert. Eine herkömmliche Heizung kann die Eingabe von Dutzenden von Parametern erfordern: Neurobat hat den grossen Vorteil, dass diese Prozedur nicht mehr nötig ist. Die kritische Frage: Wie gut bewährt sich NiQ? Es wurde über mehrere Heizperioden in verschiedenen Gebäuden in der Praxis getestet: Die jüngsten Testergebnisse ein umfassender Test in der Heizperiode werden auf den folgenden Seiten beschrieben. Es zeigt sich sehr deutlich, inwiefern NiQ substanzielle Energiekostenersparnisse ermöglicht. Test Methodologie: Insgesamt 10 Häuser wurden mit Sensoren ausgerüstet, um einen präzisen Vergleich der Leistungsfähigkeit des NiQ gegenüber dem bestehenden Referenzregler zu ermöglichen. Die Umstellung vom einen auf den anderen Regler erfolgte alle 2 Wochen. Der Energieverbrauch der beiden Konfigurationen wurde von einem Wärmezähler gemessen. (Siehe Abbildung 3) Wärmezähler M-Bus Schnittstelle und Adapter Netbook NiQ Internet- Verbindung Abbildung 3: Testanlage nach Fertigstellung.

6 ENERGIE SPAREN mit NiQ Testresultate 2013/14 6 Datenanalyse - Energieeinsparungen Abbildung 4 zeigt die tägliche Heizenergie im Vergleich zur durchschnittlichen Aussentemperatur am Teststandort Fey, im Kanton Waadt, Schweiz, in der Heizperiode Jeder Punkt steht für einen Tag. Seine Farbe zeigt, welcher Regler an diesem Tag im Einsatz war. Es zeigt sich eindeutig, dass an den Tagen deutlich weniger Heizenergie verbraucht wurde, an denen der NiQ-Regler im Einsatz war. Die Differenz beträgt etwa 13 Prozent. Das Testgebäude in Fey ist ein Einfamilienhaus, Baujahr 1998, mit einer Wärmepumpeninstallation. Die Heizenergie wird über eine Bodenheizung zur Verfügung gestellt. 200 REF NiQ 150 Abbildung 4: Darstellung des Heizenergieverbrauchs im Vergleich zur Aussentemperatur für das Testgebäude Fey, im Kanton Waadt. An den Tagen, an welchen NiQ im Einsatz war (braune Linie), wurde etwa 13 % weniger Heizenergie verbraucht. Heating Heizenergie Energy [ [kwh] Durchschnittliche Mean Outdoor Aussentemperatur Temperature [ C] [ C]

7 ENERGIE SPAREN mit NiQ Testresultate 2013/14 7 Datenanalyse - Stabilität der Raumtemperatur Das Histogram in Abbildung 5 und die Kastengrafik in Abbildung 5.1 zeigen die am Standort Fey aufgezeichneten Innentemperaturen während der Heizperiode nach aktiven Reglern. Die Bezugslinie zeigt den Innentemperatur-Sollwert von 23 C an. Es zeigt sich eindeutig, dass NiQ dem Referenzregler deutlich überlegen ist und die gewünschte Innentemperatur viel genauer einhält als der Referenzregler. Ausserdem hat NiQ den Temperaturschwerpunkt nach links verschoben. Dies entspricht einem geringeren Energieverbrauch. 60 REF Der Wärmestress (thermische Unbehaglichkeit) beträgt blosse 0.25 beim NiQ und 1.32 beim Referenzregler. Häufigkeit in % Percent of Total Somit hält der NiQ die Innentemperatur nicht nur effizienter auf dem Sollwert von 23 C, sondern verringert auch die Varianz der Innentemperatur Innentemperatur Indoor Temperature [ C [] C ] NiQ NiQ Häufigkeit in % Percent of Total REF Innentemperatur Indoor Temperature [ C [] C ] Sollwert Innentemperatur Indoor Temperature [ C[ ] C ] Sollwert Abbildung 5: Histogram der gemessenen Innentemperaturwerte bestimmt seitens des Referenz-Reglers (in blau) und des NiQ (in braun), gemessen im Fey-Testgebäude. Die vertikale rote Linie zeigt den vom Hauseigentümer bestimmten Sollwert von 23 C. Abbildung 5.1: Die Ergebnisse des Fey-Testgebäudes dargestellt in einem Kastendiagramm. Diese Grafik zeigt nochmals deutlicher, dass NiQ die Innentemperatur nicht nur effizienter auf dem Sollwert von 23 C hält, sondern auch die Varianz dieser verringert, was zu weniger Kosten und mehr Komfort führt.

8 ENERGIE SPAREN mit NiQ Testresultate 2013/14 8 Test-Ergebnisse - Energieeinsparungen Der Einsatz des NiQ führte zu Energieeinsparungen von durchschnittlich 28 % plus minus 5 %. In diesen Einfamilienhäusern leistet NiQ einen signifikanten Beitrag zur Senkung des Energieverbrauchs. Standort Energieeinsparung Standardfehler Durchschnitt gewichtet Diese Daten zeigen ferner, dass umfangreiche Energieeinsparungen möglich sind, 10 bis 40 % wurden in den meisten Fällen erzielt, indem man die bestehende Anlage mit dem NiQ ergänzt hatte. Der Hauptfaktor hierbei ist die suboptimale Inbetriebnahme des ursprünglichen Heizungsreglers. Tatsächlich ist eine Feineinstellung der gängigen Heizungs- regler sozusagen unmöglich, da das Verhalten des betreffenden Gebäudes zu diesem Zweck laufend überwacht werden müsste. Dank der Selbstanpassung des NiQ wird jedoch eine optimale Regelung erzielt und ständig gehalten, ohne dass der Nutzer eingreifen müsste.

9 ENERGIE SPAREN mit NiQ Testresultate 2013/14 9 Test-Ergebnisse - Temperaturstabilität Der zweite wichtige Aspekt der Tests war der Wohlfühlfaktor im Hinblick auf die Temperaturstabilität mit und ohne NiQ. Abbildung 6 zeigt das durchschnittliche Verhältnis, in welchem sich die Innentemperatur innerhalb der Solltempertur plus minus 0.5 C befand % Komfortverbesserung Comfort Improvement durch by NiQ 90.00% 80.00% 70.00% 60.00% 50.00% 40.00% 30.00% Delta-NiQ REF 20.00% 10.00% 0.00% Abbildung 6: Komfortsteigerung durch NiQ-Einsatz (braun) im Vergleich zum Komfort bei Einsatz des bestehenden «Host-Reglers» (blau). Der Komfort bei Einsatz des bestehenden Host-Reglers ohne NiQ liegt durchschnittlich bei 45 %, und nimmt bei Einsatz des NiQ bis zu 76 % zu. Dies bedeutet, dass die Dauer der Komfortperiode dank dem NiQ deutlich zunimmt. War der Komfort zuvor weniger als die Hälfte der Zeit perfekt, so verlängert sich dieser Wert mit dem NiQ auf ¾ der Zeit. Unabhängig von den Gebäudeeigenschaften (Umfang der Isolation, thermische Trägheit, Art der Wärmeverteilung) können Neurobat-Algorithmen die optimale Regelung finden und so den höchstmöglichen Komfort erzielen.

10 ENERGIE SPAREN mit NiQ Testresultate 2013/14 10 Detailanalyse - Stabilität der Raumtemperatur Der Einsatz des NiQ dient dazu, die Temperatur stabil zu halten. Stabile Raumtemperaturen sorgen für mehr Komfort und ein gesünderes Umfeld im Hausinneren. Stabile Raumtempertur unter veränderten Bedingungen Abbildung 7 zeigt, wie mit dem zusätzlichen Einsatz des NiQ eine stabile Raumtemperatur erreicht wird, selbst wenn die Bedingungen ausserhalb des Gebäudes stark schwanken. Die abwechselnd sonnigen und bewölkten Tage sind in Schwarz dargestellt. Aber selbst unter diesen Bedingungen hält sich die Innentemperatur bei ± 0.5 C des Sollwerts (21.5 C an diesem Teststandort). Abbildung 7: Raumtemperatur-Stabilität unter extremen Bedingungen ausserhalb des Gebäudes

11 ENERGIE SPAREN mit NiQ Testresultate 2013/14 11 Detailanalyse - Einfluss des Cheminées Zu den Nachteilen der gängigen Heizungsregler zählt ihre Unfähigkeit, unregelmässig auftretende oder unerwartete Ereignisse (etwa ein Kaminfeuer) einzubeziehen. Diese kostenlosen Wärmegewinne gehen somit verloren. Dies wirkt sich massiv auf die Raumtemperatur aus (vgl. Abb. 8). Anzünden des Kaminfeuers Abbildung 8: Anders als die gängigen Regler stellt der NiQ das Heizen sofort ein. Dies belegen die in Abbildung 9 für beide Fälle dargestellten Vorlauftemperaturen bei Innentemperaturen von über 26 C Abbildung 9: Histogramm der Vorlauftemperaturen bei Innentemperaturen von über 26 C, entspricht dem Zeitraum, in dem der Raum mit einem Cheminée beheizt wurde. NiQ Häufigkeit in % 15 REF Häufigkeit in % Vorlauftemperatur Flow temperature

12 ENERGIE SPAREN mit NiQ Testresultate 2013/14 12 Detailanalyse - NiQ antizipiert Sonneneinstrahlung und nutzt sie Die Sonneneinstrahlung kann beträchtliche kostenlose Energie zuführen, vor allem in Gebäuden. NiQ memoriert den Tagesrhythmus der Sonne und reduziert die Vorlauftemperatur (Abb. 10, dunkelblau) vorab im Lauf des Morgens, wenn für den Nachmittag zu erwarten ist, dass der Raum besonnt wird. So lässt sich die häufige Überheizung im Verlauf des Nachmittags vermeiden, während die Raumtemperatur (grün) in der ganzen Zeitspanne in einem perfekt komfortablen Bereich bleibt. Selbstverständlich lässt sich so auch einiges an Energie sparen. Abbildung 10: NiQ Solarerträge vorwegnehmen und überheizte Räume vermeiden

13 ENERGIE SPAREN mit NiQ Testresultate 2013/14 13 Fazit Die vor Ort durchgeführten Tests belegen eindeutig, dass sich mit dem zusätzlichen Einsatz des NiQ Energie sparen lässt und der Komfort zunimmt. Die im NiQ integrierten, patentierten Neurobat-Algorithmen ermöglichen in den meisten Fällen Energieeinsparungen von 10 bis 40 Prozent; im Durchschnitt betragen die Einsparungen 28 Prozent. Diese signifikanten Einsparungen des Energieverbrauchs sind der anpassungsfähigen Regelung des NiQ zu verdanken, die allen Eigenschaften des Gebäudes Rechnung trägt und die optimale Vorlauftemperatur für jede Situation festlegt. Zudem sorgt NiQ für drastische Verbesserungen des Komforts im Haus. Dank seiner Anpassungsfähigkeit und seinen Prognosekapazitäten hält NiQ die Innentemperatur konstant sehr nahe am vom Nutzer bestimmten Sollwert. Wie eine Detailanalyse zeigt, kann NiQ allen unterschiedlichen Heizanlagen der Teststandorte Rechnung tragen (Heizkörper, Fussbodenheizung oder Kombination von beidem). Auch unregelmässig auftretende Ereignisse wie Sonneneinstrahlung oder Kaminfeuer werden durch NiQ einbezogen. Die selbstgesteuerte Anpassung des NiQ bedeutet zudem, dass für seinen Betrieb keinerlei Eingriffe oder Einstellungen des Nutzers erforderlich sind. So einfach lässt sich Energie sparen. Quellenhinweise [1] Lindelöf et al. (2014): The Potential for Energy Savings through Self-Adaptive Model-Predictive Control of Space Heating, eingereicht bei Energy & Buildings. A. Guillemin und G. Hoevenaars Parallele Verbesserungen von Energieverbrauch und Komfort sind ein schlagender Beweis für die einzigartigen Fähigkeiten und Eigenschaften des NiQ.

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