Verbesserung des Energiemanagements in der Bauindustrie - batteriefreie drahtlose Kommunikationstechnologie als Teil der Lösung

Gegründet 1804 - mehr als zweihundert Jahre im herkömmlichen Baugeschäft liegen hinter der Shimizu Corporation. Eines der Projekte ihrer Firma ist das ecoBCP Konzept, ein einzigartiger Versuch der öffentlichen Einrichtungen und Kommunen, Ökologie mit Kontinuität im Geschäft zu kombinieren (Ausfallsicherheit). Kazuyoshi Nasuhara, Direktor, ecoBCP Business Promotion Office, Shimizu Corporation Japan, der eine Schlüsselrolle in diesem Projekt spielt, sprach mit Koji Taniuchi, Unit Leader (Geschäftsführer) Incubation Unit (Vorentwicklung), R&D Hauptsitz, Device Solution R&D Unit, Rohm Co., Ltd. Japan, zuständig für das EnOcean Projekt batteriefreie drahtlose Kommunikation unter Einsatz von Harvesting Technologie.

Kazuyoshi Nasuhara

Director,
ecoBCP Business Promotion Office
Shimizu Corporation

Taniuchi: Viele Firmen interessieren sich seit Neustem für Ökologie. Ich halte jedoch das ecoBCP Konzept, welches Ökologie (eco) mit einer kontinuierlichen Geschäftsplanung (BCP) verbindet, für einzigartig.

Nasuhara:Das große Erdbeben ist Ostjapan war der eigentliche Auslöser für das ecoBCP Projekt. Als eine im Baugeschäft tätige Firma, war Umweltschutz für uns seit geraumer Zeit ein Thema. Diese Katastrophe jedoch hat uns erst bewusst gemacht, wie wichtig auch die kontinuierliche Geschäftsplanung ist. Das ecoBCP-Konzept (Abb. 1) wurde entwickelt, um die für das Geschäftsleben notwendigen Funktionen mit denen des täglichen Lebens nach einer Katastrophe zu verbinden. Hierfür wurde eine ökologische Strategie zur direkten Umsetzung der BCP in Strukturen für die Bauphase entworfen.

Abb. 1 Das ecoBCP-Konzept

Das ecoBCP Promotion Office zur Koordinierung firmenweiter konzeptbezogener Maßnahmen wurde im April 2012 direkt unter dem Präsidenten angesiedelt. Im Mai 2013 wurde der Name in ecoBCP Business Promotion Office umgeändert, um die stärkere Betonung der Umsetzung der Theorie in kommerzielle Praxis wieder zu spiegeln.

Sensoren - ein Beitrag für die Gesellschaft

Koji Taniuchi

Unit Leader (Geschäftsführer) Incubation Unit (Vorentwicklung)
R&D Headquarters, Device Solution R&D Unit
Rohm Co., Ltd.

Taniuchi: Die Umsetzung des ecoBCP ist ein wichtiger Punkt für das gesamte soziale System. Durch die Bereitstellung innovativer Elektronikkomponenten haben wir auch zur Lösung einer Vielzahl von sozialen Fragen beigetragen und sind entschlossen, das Wachstum in dieser Richtung weiter fortzusetzen.

Rohm liefert verschiedene Elektronikgeräte, wir haben jedoch vier Schlüssel-Produktkategorien als "Wachstumsgeneratoren" für die Zukunft festgelegt. Die erste Kategorie - Leistungshalbleiter - tragen zur Verbesserung der Energieeffizienz in vielen Gerätetypen bei. Die zweite Kategorie - Lichtemittierende Dioden oder LEDs - senden Licht mit geringerer Energie aus. Die dritte Kategorie bilden Sensoren - sie sammeln Daten aus einer Vielzahl von Informationen in der natürlichen Welt. Die vierte Kategorie ist, was wir "Synergie" nennen. Hier beziehen wir uns auf vollständig neue Komponenten, die in sich vollkommen unterschiedlichen Technologien vereinen, um etwas Einzigartiges zu schaffen.

Ich arbeite im Bereich Sensoren. Rohm ist Hersteller von vielen Sensortypen. Tatsächlich bieten wir mehr Typen an als jede andere Firma weltweit. Durch die Zusammenführung von Technologiefeldern wie dem der Sensoren, der Kommunikationsnetzwerke, des Energie-Harvesting arbeiten wir an der Entwicklung von neuen Lösungen für gesellschaftliche Probleme.

Dem Hören nach ist die Hausbauindustrie sehr an Sensornetzwerken interessiert, die Daten aus einem großen Netzwerk von Sensoren sammeln, als einer Art Plattform zur Lösung von Energiefragen und unterschiedlichen Problemen hinsichtlich des zunehmenden Durchschnittsalters der Bevölkerung.

Nasuhara:Architektur und Elektronik stehen zunehmend in Verbindung und meiner Meinung nach lassen sich Sensorsysteme in fast jeden Industriezweig einführen. Es wird noch ein ziemliches Stück Arbeit erfordern, sich auszudenken, wie Informationen bestmöglich auszuschöpfen sind und welche Fragen sich mit ihrer Hilfe lösen lassen.

Meine Gruppe hilft anderen Forschern aktiv bei der Einführung dieser neuen Technologien und beim Finden neuer Lösungen. Das Gebäude des neuen Hauptsitzes wurde im Mai 2012 fertiggestellt und dient auch als Ausstellungsraum für die ecoBCP Technologie. Ausgestellt sind eine Reihe von ecoBCP Technologien, einschließlich eines Energiemanagementsystems basierend auf einem Sensornetzwerk. Das Datensammeln hat bereits begonnen und sie werden für Umsetzung unseres Geschäftsplanes von unschätzbarem Wert sein.

Ziel: Null-Carbon-Ausstoß in 2015

Taniuchi: Wir liefern Technologie nicht nur, weil wir glauben, dass es wichtig ist, sie in der Form zu liefern, in der sie die Gesellschaft benötigt. Ich halte die Auffassung, die Anwendung einer neuen Technologie genau zu betrachten, bevor ich sie als eine ausgezeichnete einführe.

Nasuhara:Das Konzept "Null-Energie-Gebäude" (Zero Energy Building - ZEB) manifestiert sich als ein bedeutender globaler Trend in der Bauindustrie. ZEB bedeutet, den Nettoenergieverbrauch eines Gebäudes durch Verbrauchsminimierung und Nutzung von erneuerbaren Energiequellen auf null herunterzufahren.

Um sich an der Spitze der ZEB-Technologieentwicklung zu platzieren, initiierte Shimizu das Spitzenprojekt und begann mit dem Entwurf einer detaillierten Roadmap zur Reduzierung der CO2-Emissionen des neuen Hauptsitzgebäudes. Diese Roadmap wurde in die erste architektonische Gestaltung einbezogen und markiert als wesentlichen Step das Erreichen des Null-Energie-Gebäudes.

Zu Anfang der Gestaltung bestand die Zielsetzung darin, ein "Halb-Carbon-Gebäude"zu bauen. Mit anderen Worten ein Gebäude, das nur halb so viel Carbon ausstößt, wie ein durchschnittliches Bürogebäude in Tokyo in 2005 (Abb. 2). Unterschiedliche neue Technologien wurden zur Zieleinhaltung eingesetzt.

Fig. 2 Shimizu Corporation Hauptsitzgebäude

Taniuchi: Die Nutzung von Sensornetzwerken zur Reduzierung des Energieverbrauchs von Gebäuden wird in letzter Zeit immer üblicher. Ich denke, eines der Hauptprobleme bei der Entwicklung dieser Art von System liegt nicht im Sensornetzwerk selbst, sondern vielmehr darin, was genau damit zu bewegen ist.

Nasuhara:Dem stimme ich zu. Wir sind extrem daran interessiert, zu wissen, was sich mit Sensornetzwerken anstellen lässt. Das neue Hauptsitzgebäude enthält eine Menge Umwelttechnologien und führende Energieeinspartechnologien, einschließlich eines Microgrids, welches Solarenergie und Energiespeicherungstechnologie mit kommerzieller Gridleistung verbindet, aber auch mit Allgemein- und Arbeitsplatzleuchten und Klimaanlagen.

Das Microgrid ist beispielsweise um ein Gebäude-Energiemanagementsystem (BEMS) herum gebaut und an die Arbeitsumgebung angeschlossen. Es überwacht permanent den veränderlichen Energieverbrauch des Gebäudes und die Abgabeleistung des Solarpanels. Dabei werden 100 % der erzeugten Solarenergie verwendet und im Bedarfsfall zusätzliche Energie aus Speicherzellen bezogen.

Auch die Allgemein- und Arbeitsplatzleuchten sowie die Klimaanlage sparen Energie. Die Umgebungsluft-Klimaanlage ist abstrahlend; sie setzt Deckenpaneele zur Anpassung der allgemeinen Bürotemperatur ein, während an den einzelnen Arbeitsplätzen Einzelbelüftungen unter den Tischen angebracht sind und nach Bedarf geöffnet oder geschlossen werden. Die Beleuchtung ist eine Kombination aus LED-Beleuchtung der Raumumgebung und Tischstehleuchten. Die Umgebungsbeleuchtung und Klimatisierung werden möglichst auf Minimalmaß gehalten bei gleichzeitiger Einstellung der Einzel- (Arbeitsplatz-) Umgebungen auf ein maximal komfortables Maß - damit lässt sich Energie einsparen. Das Hauptsitzgebäude ist in einem Gebiet mit regionaler Heizung und Klimaanlage gebaut und wir arbeiten nun an der Entwicklung eines groß angelegten Energieeinsparsystems, das mehrere Gebäude in einer Fläche-und-Wärme-teilenden Anordnung verbindet. Dies schließt die Nutzung der Abwärme aus dem bestehenden System im Hauptsitzgebäude mit ein.

Taniuchi: Wie macht sich das neue System?

Nasuhara:Es wird erwartet, dass das fertiggestellte Gebäude die jährlichen CO2-Emissionen mit unterschiedlichen Mitteln um 62 % senken wird gegenüber einem durchschnittlichen Tokioter Bürogebäude in 2005. Wir werden weiterhin Programme vorantreiben zur weiteren Reduzierung von Emissionen und erwarten, die Emissionen bis 2015 um weitere 70 % senken zu können. In demselben Jahr planen wir auch, das Null-Carbon-Ausstoßziel zu erreichen.

Drahtlosschalter benötigen keine Batterien

Taniuchi: Rohm arbeitet mit einer Vielzahl von Technologien zur Energiekonservierung. Eine davon ist die batterie- und drahtlose Sensing-Technolgie (Abb. 3), deren Nutzung in Bürogebäuden und Industrieanlagen wir aktiv bewerben. Diese innovative Technologie wurde ursprünglich von der EnOcean GmbH in Deutschland angeboten, unter Einsatz der Energie-Harvesting-Technologie (Energie-Ernte-Technologie), die Umweltenergie wie beispielsweise Licht und Bewegung in Elektrizität umwandelt. Die EnOcean Alliance ist eine Non-Profit Gruppe von weltweit über 300 Organisationen, die an der Etablierung eines globalen Standards arbeiten und Rohm als einziger Förderer in Ostasien spielt eine entscheidende Rolle. Für verwandte Produkte haben wir bereits Entwicklungs- und Vermarktungsinitiativen gestartet.

Fig. 3 Das EnOcean Basissystem und Anwendungen

Wir haben beispielsweise eine Lösung zur Nutzung des elektromagnetischen Induktionsprinzips gefunden, wobei die Aktion des Schalterumlegens genügend elektrische Energie freisetzt, um ein Ein/Aus-Signal drahtlos an das zu steuernde Gerät zu senden. Da dies drahtlos funktioniert, besteht kein Bedarf eine Drahtverbindung herzustellen und es bedarf selbstverständlich auch keiner Energiequelle. Dadurch wird es möglich, Schalter sehr einfach überall dort einzubauen, wo sie gebraucht werden.
Wenn ein gesamtes Gebäude mit dieser Art Schalter für Elektronikgeräte ausgestattet wäre, würde dies einen signifikanten Beitrag zur Verminderung des Energieverbrauchs leisten. Und diese Schalter sind leicht in bestehende Gebäude einzubauen, aber auch in historische, in denen elektrische Einbauten untersagt bzw. streng geregelt sind.
EnOcean Systeme beginnen den Markt bereits mit über 300.000 Installationen zu durchdringen, in erster Linie in Europa. Eine Anwendung nutzt beispielsweise die Technologie in einem System, das zentral den offen-/geschlossen-Zustand von Fenstern verwaltet. Der Fenster-auf/zu-Handgriff selbst liefert die notwendige Energie zur Benachrichtigung des Kontrollsystems über den Fensterstatus. In einem anderen System sind die Sensoren in einem Bett installiert, um die Bewegungen der dort liegenden Person zu detektieren und diese an ein entferntes zentrales Managementsystem weiterleitet.

Nasuhara:Der Entfall der Notwendigkeit einer Verkabelung bedeutet deutlich kürzere Bauzeiten und dadurch geringere Kosten. Das ist sehr spannend. EnOcean ist möglicherweise in der Lage, ein anderes Problem zu lösen, mit dem sich auch die Hausbaubranche konfrontiert sieht. Gemeint ist die Tatsache, dass Elektriker, die Verkabelungen in Wohnhäuser und Bürogebäude einbauen, über eine Zulassung verfügen müssen. Leider sinkt aber die Anzahl der in Japan zugelassenen Elektriker stetig, da das Durchschnittsalter der japanischen Bevölkerung ansteigt. Gelänge es EnOcean, Verkabelungen überflüssig zu machen, ließe sich damit auch dieses Problem sauber lösen.

Taniuchi: Darauf bin ich noch gar nicht gekommen, aber Sie haben recht. Die Menge der technologischen Anforderungen ist so riesig, dass wir sie uns alle gar nicht bewusst machen können. Durch den Austausch von Meinungen und Ideen mit Menschen aus anderen Bereichen und Branchen lassen sich viele dieser Anforderungen aufdecken und neue Wege finden, wie wir mittels Technologie gesellschaftliche Beiträge leisten können.

Vielen Dank, dass Sie sich heute Zeit genommen haben.