Energiesparen in Wohngebäuden mit energieautarken Luftgütesensoren

Energieeinsparungen in Wohngebäuden sind einer der wichtigsten Bausteine auf dem Weg zur Klimaneutralität. Um den Energieverbrauch von Gebäuden zu reduzieren, sind Sensoren ein wichtiges Mittel zum Zweck. Sie erfassen, analysieren und steuern anhand einer Vielzahl von Messdaten wie zum Bespiel Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Helligkeit verschiedenste Prozesse in Gebäuden. Für die kontrollierte Belüftung von luftdichten Niedrigenergiehäusern liefern Luftgütesensoren eine wesentliche Führungsgröße.

Überblick Forschungsprojekt InSituNachweis

Im Rahmen des Forschungsprojekts InSituNachweis (2017-2020) entwickelte EnOcean – gemeinsam mit weiteren Projektpartnern aus Industrie und Wissenschaft – Methoden und Sensoren, um die Energieeffizienz von Gebäuden zu verbessern. Im methodischen Teil beschäftigte sich das Forschungsprojekt mit der Weiterentwicklung und Evaluierung der sogenannten Effizienz-Signatur-Methode (EfSM). Mit ihr kann der energetische Fingerabdruck eines Gebäudes berechnet werden. Der zweite Bestandteil des Projekts lag auf der Entwicklung energieautarker und funkbasierter Luftgütesensoren, die einfach und ohne aufwendige Verkabelung in bestehenden Gebäude installiert werden können. Luftgütesensoren kommen vor allem zur Belüftungssteuerung in Niedrigenergiehäusern zum Einsatz.

Prototypen Luftgütesensor entwickelt

Für das Projekt wurde ein Luftgütesensor auf Basis eines VOC-Sensors (Volatile Organic Compounds) entwickelt. Dieser zeichnet sich durch einen wesentlich geringeren Stromverbrauch als gängige CO2-Sensoren aus. Zudem eignet sich der VOC-Sensor auch zur Belüftungssteuerung in Toiletten und Küchen. Für die wesentlichen Bestandteile des Luftgütesensors wertete das Team im Vorfeld mehrere Sensoralternativen aus: BME680/Bosch, SGPC3/Sensirion und CCS811/ScioSense. Außerdem wurden Solarzellen von den Herstellern Trony, Panasonic und Epishine evaluiert.

Innerhalb der Projektlaufzeit von drei Jahren wurden mehrere Prototypen des Luftgütesensors entwickelt, aufgebaut und optimiert. Der hohe Stromverbrauch des VOC-Sensors stellte sich schnell als die größte Herausforderung für den energieautarken Betrieb mit einer Solarzelle heraus. Selbst der VOC-Sensor mit dem geringsten Stromverbrauch (Sensirion SGPC3: 65 uA) verbrauchte deutlich mehr als alle weiteren Komponenten des Funksensors zusammen (Timer, LED, Temperatursensor, TCM 500 Funkmodul zusammen: 10 uA).

Die Machbarkeit wurde mit einem finalen Demonstrator auf Basis des SGPC3 von Sensirion, TCM 500 von EnOcean und Solarzellen von Trony gezeigt. Wir sind sehr zuversichtlich, durch weitere Optimierungen hinsichtlich Stromverbrauch und Solarzellengröße langfristig ein marktreifes Serienprodukt fertigen können.

Projektpartner:
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP, Holzkirchen
Technische Hochschule Rosenheim
Passivhaus Institut, Darmstadt
Thermokon Sensortechnik, Mittenar
EnOcean, Oberhaching

Das Verbundprojekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.