Topic outline

  • Einführung

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    • Kippfenster per App gesteuert

      Unser Kursbild zeigt ein Fenster, welches sich bereits mit einer App steuern lässt. Das gibt einen verständlichen Einblick ins Thema „Smart Windows“. 

  • Idee

    • Im Zuge der Projektarbeit "Makerspace C217", indem das Labor Platinenherstellung renoviert wurde, sind die in dem Raum schwer erreichbaren und kaum genutzten Kippfenster aufgefallen. Schaut man weiter durchs Gebäude sind diese auch in den Toiletten aller Etagen vertreten. 
      Aufgrund der schwierigeren Erreichbarkeit und im Zusammenhang mit der fortlaufenden Digitalisierung der Schule entstand dann das Projekt "Smart Windows".  In diesem sollen die eben beschriebenen Fenster automatisiert werden.

  • Aktueller Stand Fenster

    • Aktuell lassen sich die Fenster lediglich mittels Teleskopstab öffnen und schließen. Zwar sind diese teilweise gruppiert, man kann also mehrere gleichzeitig öffnen/schließen, allerdings ist dies umständlich. 
      Aus persönlichen Erfahrungen lässt sich weiterhin sagen, dass die Fenster oftmals sehr lange offen sind, wodurch die Toiletten in der kalten Zeit häufig relativ kalt sind. 

      Vor allem auf den Toiletten bietet sich folglich die Möglichkeit, mithilfe einer smarten Steuerung der Fenster eine große Menge an Heizkosten einzusparen, was auch der Nachhaltigkeit zu Gute kommt und einen Beitrag zum Klimaschutz durch CO2-Reduktion darstellt.

      Dabei wurden Wärmebildaufnahmen von den betroffenen Fenstern gemacht, um sichtbar zu machen, wie viel Wärme durch diese nach außen dringt.
      (Die Aufnahmen wurden bei Temperaturen von unter 0°C im Februar gemacht.)
      Beispielhaft wurde hierfür die Herrentoilette im zweiten Stock des Gebäudes C genommen. Dabei wurden "normale" Aufnahmen von innen und außen sowie entsprechende Wärmebildaufnahmen angefertigt, die im folgenden aufgeführt sind.

      Bild 1: Eigene Aufnahme auf Raum C114

      Bild 2: Eigene Wärmebildaufnahme aus Raum
      C114

      Bild 3: Eigene Aufnahme vom Gebäude C
      auf die Fenster von Raum C114

      		 Wärmebildaufnahme der Fenster der Herrentoilette des zweiten Stockes des Gebäudes C von außen
      Bild 4: Eigene Wärmebildaufnahme vom Gebäude
      C auf die Fenster von Raum C114

      Zu erkennen ist, dass durch die geöffneten Fenster viel Wärme in den Außenbereich gelangt. Zwar ist ein kurzzeitiges Lüften zur Erfrischung gewünscht, darüber hinaus ist allerdings zu erahnen, wie viel Wärme verloren geht, wenn die Fenster länger offen sind.

      An einem Zahlenbeispiel zur Verdeutlichung ausgedrückt, sieht es wie folgt aus:
      Bei einem Kippfenster, welches bei Minusgraden ca. 10 Stunden offenbleibt, was ungefähr mit unserem Sachverhalt übereinstimmt, kommt es zu einem Energieverlust von bis zu 4 Litern Heizöl täglich. Bei einem Durchschnittspreis von ca. 99,62€/100l (vgl. [1]) in Niedersachsen beträgt das einen täglichen Verlust von ungefähr 4 € pro Fenster. Skaliert man das ganze auf die durchschnittlichen Frosttage im Jahr (vgl. [2]) hoch, kommt man also auf einen Verlust von mindestens

      300€ x Anzahl Fenster   

      p      ro Jahr

      Folglich lässt sich sagen, dass das Projekt nicht nur zur weiteren Automatisierung des Gebäudes beiträgt, indem ein smartes Fenstersystem integriert wird, sondern sich so auch die Energiebilanz der Schule aufbessern lässt und so eine Kosteneinsparung ergibt. 

      [2] https://www.esyoil.com/heizoelpreise/bundeslaender/niedersachsen (19.02.2025 10.55 Uhr
      [3] https://de.statista.com/statistik/daten/studie/1274956/umfrage/frosttage-und-eistage/ (19.02.2025 19.49 Uhr)

  • Vorteile

    • 1. Energieeinsparung
      • Es muss weniger geheizt werden und es wird effizienter gelüftet
      • Ressourcenschonung


      2. Umweltschutz & Nachhaltigkeit
      • Reduktion von CO2-Emissionen
      • Beitrag zur Erreichung der Klimaziele


      3. Kosteneinsparung für die Schule (Wirtschaftlichkeit)
      • Senkung der Heizkosten durch gezielte Steuerung
      • Langfristige finanzielle Vorteile durch geringeren Verbrauch


      4. Verbesserung des Raumklimas
      • Vermeidung von Schimmelbildung durch regelmäßiges Lüften
      • bessere Luftqualität -> höheres Wohlbefinden der Schüler

  • Technische Umsetzung

    • 1. Automatisierung der Fenster
      • Die Fenster können mit Kettenmotoren ausgestattet, sodass sie nicht mehr manuell, sondern automatisch geöffnet und geschlossen werden können
      • Die Steuerung kann über eine Siemens LOGO-Steuerung erfolgen, die es ermöglicht, jeden Raum separat zu verwalten
      • So kann jeder Raum individuell angepasst werden - je nachdem, wie er genutzt wird


      Beispielhafte Darstellung einer motorgesteuerten Fensterverriegelung (vgl. [4])


      2. Integration ins Smart-Home-System

      • In der Schule wird bereits das Homematic IP Smart-Home-System in das C-Gebäude integriert.
      • Die neuen Fenster können mit Aktoren verbunden werden, die von Homematic IP gesteuert werden können.
      • Dadurch lassen sich alle Fenster zentral verwalten, aber auch individuelle Routinen für jeden Raum festlegen.


      3. Vorteile der selektiven Nutzung

      • Räume, die seltener genutzt werden (z.B. die Toiletten im dritten Stock), müssen weniger geheizt und gelüftet werden, als häufig genutzte Räume (z.B. Toiletten im Erdgeschoss)


      4. Nutzung von Bewegungssensoren

      • Zusätzlich sollten Bewegungssensoren installiert werden, um zu erkennen, wie oft ein Raum genutzt wird.
      • Dadurch kann die Lüftungshäufigkeit und -dauer automatisch angepasst werden.


      5. Manuelle Steuerung als Backup

      • Jeder Raum erhält einen Schalter, mit dem die Fenster auch manuell gesteuert werden können.
      • Dieser Schalter ist direkt mit der SPS-Steuerung im Raum verbunden.
      • Falls das Smart-Home-System oder die Aktoren ausfallen, kann das Fenster weiterhin offline gesteuert werden 


      [4] https://www.windowo.de/smart-comunello-kettenantrieb-230v (21.02.2025 12.43 Uhr)