Angeregt und unterstützt durch die Energiesparkampagne „zusammen weniger...“ wurde im Rahmen der Lehrveranstaltung „Internet der Dinge“ im Master-Studiengang Informatik (Öffnet in einem neuen Tab) die Digitalisierung einer Heizungsanlage projektorientiert behandelt. Ziel des Lehrprojektes war es, am Beispiel des Institutsgebäudes Otto-Hahn-Str. 23 (OHS23) von IDiAL (Öffnet in einem neuen Tab) die Digitalisierung der Heizungsanlage mit Methoden des Internet of Things (IoT) zu entwickeln und prototypisch umzusetzen. Das Gebäude wird mit einer Gaszentralheizung beheizt, an der über 100 Heizkörper angeschlossen sind. Basierend auf User Stories wurden Anforderungen der unterschiedlichen Stakeholder erarbeitet.
So sollen alle Nutzer*innen die Temperatur in ihren Räumen nach ihren Bedürfnissen einstellen und individuelle Heizpläne erstellen können, wobei minimale und maximale Raumtemperaturen vom System vorgegeben werden sollen. Zudem sollen Nutzer*innen ihre Raumheizung auch von unterwegs aus steuern können, wenn sie zum Beispiel erkrankt sind und verhindern wollen, dass die Heizung unnötig läuft. Der Betreiber des Gebäudes soll Informationen zum Gasverbrauch und zu Parametern der Heizung wie Vor- und Rücklauftemperatur jederzeit über das Internet abrufen können.
Aus den Anforderungen entwickelten die Studierenden dann ein Digitalisierungskonzept mit IoT-Systemarchitektur. Die Architektur wurde so konzipiert, dass Geräte unterschiedlicher Technologien und Hersteller leicht in die Software integriert werden können. Als Protokoll wurde dazu MQTT ausgewählt, dass im IoT-Bereich eine starke Verbreitung findet und von den meisten Geräteherstellern direkt unterstützt wird. Neben der bedarfsgerechten digitalen Regelung der Temperatur jedes einzelnen Raums war auch die mögliche Optimierung der Einstellung der Heizung Bestandteil des Konzeptes. Um direkt die Reduzierung des Gasverbrauchs und damit der CO2-Emission analysieren zu können, wurde der analoge Gaszähler des Gebäudes mittels Impulszähler digitalisiert. Neben der Erfassung des Gasverbrauchs der Heizung sollten auch die Vor- und Rücklauftemperaturen der einzelnen Heizkreise sensorisch erfasst und in einer Zeitreihendatenbank gespeichert werden, um mögliche Optimierungen ableiten zu können.
Die eigentliche Umsetzung des entwickelten Konzeptes wurde in der hochschulweiten Blockwoche im November 2022 durchgeführt. In der Blockwoche wurde das Konzept software- und hardwaretechnisch umgesetzt. Die Softwareentwicklung basierte auf GitLab CI/CD, welche den aktuellen Softwarestand aus dem Quellcode generierte und als Docker-Container in einer Virtuellen Maschine zur Verfügung stellte, so dass während der Tests immer eine aktuelle Version zur Verfügung stand. Es wurden Sensoren und Mikrocontroller im Heizungsraum installiert und es wurden beispielhafte Räume (Besprechungsraum, Werkstatt, Labore, Büros) mit Heizkörperthermostaten, Fenstersensoren sowie Wandthermostaten ausgestattet. Es werden dabei sowohl klassische Geräte mit Einwegbatterien eingesetzt, aber auch beispielhaft Heizkörperthermostate mit wiederaufladbaren Akkus getestet. Weiterhin werden Heizkörperthermostate getestet, die batterielos arbeiten und die benötigte Energie mittels Energy Harvesting aus der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf- und Raumtemperatur gewinnen.
Das Konzept wurde von den Studierenden erfolgreich umgesetzt, so dass nach Abschluss des Lehrprojektes das gesamte Gebäude OHS23 mit digitalen Heizkörperthermostaten ausgestattet wurde, die Kosten dafür wurden von IDiAL getragen. Um auch noch den Einsatz einer digitalen Heizung in anderen Raum- und Gebäudetypen zu testen, wurden zwei Seminarräume des Fachbereichs Sozialwissenschaften in der EFS38a mit digitalen Heizkörperthermostaten, Fensterkontakten und Wandthermostaten ausgestattet.
