IoT-Innovation für gesundes Raumklima bei maximaler Energieeffizienz

• Nicolas Borrero Pabon
• Bildung, Energie, Gesundheit

Lesedauer ca. 5 Minuten

Wie das “Internet der Dinge” (IoT) zu einer verbesserten Lebensqualität sowie erhöhter Produktivität und zugleich Senkung der Energiekosten und CO2-Emissionen führen kann, ist eine der zentralen Aufgabenstellungen der nachhaltigen Smart City.

Als Start-Up-Unternehmen aus Mailand freuen wir uns, im Rahmen unser Mitgliedschaft im Bundesverband Smart City (BVSC) unseren patentierten und preisgekrönten Fybra Air Quality Coach auch in dessen MINT-Bildungsangebote für Schulen integrieren zu können.

Denn mit dem Begriff „Smart City“ verbindet sich für den BVSC immer auch der messbare Vorteil, der sich aus den Umsetzungen einzelner Bausteine für die Menschen, die Gesellschaft und die Umwelt ergibt. Zentrale Bereiche sind hierbei Gesundheit und Energie.

Unsere effizienten und niedrigschwellig realisierbaren Lösungen zeichnen sich vor allem durch die Fähigkeit aus, Innenluftdaten (CO2, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Flüchtige organische Verbindungen) und Außenluftdaten (z. B. Temperatur, Feinstaub, Stickoxide) in Echtzeit über eine IoT-Plattform und präventive Algorithmen zu integrieren.
Dank dieser Fähigkeit kann Fybra nicht nur den optimalen Zeitpunkt für das Öffnen von Fenstern berechnen, sondern auch, wann sie zu schließen sind, wodurch Standardfenster ohne Nachrüstung zu intelligenten Fenstern werden und somit die Luftqualität verbessert und gleichzeitig Energie gespart wird.

Im Rahmen eines Pilotprojektes gewährleistet Fybra an sieben Hamburger Schulen ein gesundes Raumklima bei gleichzeitiger Energieeinsparung und ermöglicht zudem die spielerische Integration des forschenden Lernens in den Unterricht.
Die Lösung kann aber ebenso Anwendung in Büro- und Wohngebäuden finden und z.B. durch eine intelligente Heizungssteuerung erweitert werden.

Die Herausforderung: Das Gleichgewicht zwischen Gesundheit und Energieeffizienz

Schlechte Luftqualität in Innenräumen und damit verbunden Produktivitätsverlust, ZNS-Symptome sowie ein zunehmendes Risiko von Krankheiten, die durch die Luft übertragen werden, auf der einen Seite und steigende Energiekosten auf der anderen Seite stellen ein Dilemma dar: Wie kann man Räume im Interesse der Gesundheit effektiv belüften, ohne dass dabei Energie verschwendet wird?
Schulen, Büros und Wohnhäuser sind besonders gefährdet, da eine unzureichende Belüftung zu gesundheitlichen Belastungen und Produktivitätseinbußen führt.

Intelligente Gebäude für Gesundheit und Energieeffizienz

Die Luftqualität in Innenräumen, der Energieverbrauch und die Probleme der öffentlichen Gesundheit werden in der Stadtplanung immer wichtiger. Fybra geht diese Probleme mit seinem Air Quality Coach an, dessen fortschrittliche IoT-Technologie die Raumklima-Daten in anwendbares Wissen übersetzt und konkrete Maßnahmen aufzeigt, um Institutionen bei der Schaffung gesunder, energieeffizienter und datengesteuerter Umgebungen zu unterstützen.

Die so ermöglichte datengesteuerte Optimierung von Luftqualität und Belüftung macht es deutlich einfacher, eine gesündere Umgebung zu schaffen und gleichzeitig den Energieverbrauch zu senken.

Beispiel Bildungssektor Hamburg: Schlechte Luftqualität in Schulen

Wie viele städtische Gebiete steht auch Hamburg vor dieser Herausforderung. In den Schulen halten sich die Schüler:innen täglich viele Stunden auf. Die Gebäude und insbesondere die Klassenräume sind daher besonders anfällig für schlechte Luftqualität. Hinzu kommt, dass sich ein erhöhter CO₂-Wert auf die kognitiven Fähigkeiten und die Lernergebnisse auswirkt.

Anfang 2024 startete Fybra sein Hamburger Pilotprojekt zur Verbesserung der Innenraumluftqualität in Schulen.

In dem Projekt wurde die Kernlösung von Fybra eingesetzt, die lediglich einen Sensor pro Raum und eine Internetverbindung benötigt. Letztere kann ohne Einbindung in ein WLAN mittels Mobilfunk realisiert werden.
Fybra liefert umsetzbare Echtzeit-Informationen für optimale Luftqualität und Energieeffizienz, z.B. wann gelüftet oder die Umgebungsbedingungen angepasst werden müssen. Entweder mit dem integrierten Licht oder sogar mit Online-Benachrichtigungen.
Dieser Ansatz ermutigt die Schüler:innen zur Partizipation, fördert das Umweltbewusstsein und bewirkt entsprechende Verhaltensänderungen.

Das Projekt umfasste:

• Einbindung der Schulen: Aufnahme von 7 Hamburger Schulen in das Projekt.
• Umfassende Installation: Einsatz von Fybra-Geräten in über 60 Klassenzimmern, von denen über 1.500 Schüler:innen profitieren.
• Interaktives Lernen: Integration des MINT-basierten Bildungsrogramms von Fybra, um Schüler:innen Wissen über Luftqualität und Energieeffizienz zu vermitteln.

Aktivitäten wie die „Atemerfahrung“ fördern das Bewusstsein und die Neugierde. Die Rückmeldungen von Schüler:innen und Lehrkräften waren sehr positiv. Diese reizte unter anderem die Herausforderung, während der Nachmittagsstunden ohne Lehrkräfte und damit vollkommen eigenständig Aktivitäten zu entwickeln, die zu einer erhöhten Aufenthaltsqualität führen.

Das von Fybra entwickelte Bildungsprogramm:

• Kindergarten: „Luft-Detektive“ führt mit Hilfe von Geschichten und kreativen Aktivitäten in die Konzepte der Luftqualität ein.
• Grundschule: „Klima-Detektive“ verbindet die Analyse von Fybra-Daten mit Projekten und fördert die Zusammenarbeit und Problemlösung.
• Gymnasium: „Umwelt-Forscher“ konzentriert sich auf fortgeschrittene Luftqualitätsforschung, Datenanalyse und praktische Projekte zur Förderung des Umweltbewusstseins.

Gemeinsam mit PHYWE, einem deutschen Hersteller von Lehr- und Lernmitteln im naturwissenschaftlichen Bereich, wurden Übungen erstellt, die auf die Technologie von Fybra abgestimmt sind und nun auf der Curriculab-Plattform jenes Unternehmens zur Verfügung stehen. Diese Übungen konzentrieren sich auf Flüssigkeitsdynamik, Datenanalyse und die wissenschaftliche Methode.

Ein Beispiel für eine Anwendung:

Die Schüler:innen berechnen die Luftaustauschraten anhand von CO2-Daten und lernen, wie man die Belüftung im Hinblick auf Gesundheit und Energieeffizienz optimieren kann. Diese Fähigkeiten sind wertvoll, auch für den Berufseinstieg u.a. in den Bereichen Umweltwissenschaften, HLK-Systeme und intelligentes Gebäudemanagement.

Die Ergebnisse des Pilotprojekts:

Verbesserung der Luftqualität

• Durchschnittliche CO₂-Reduzierung von 10,42 % in allen Klassenzimmern.
• In einigen Räumen wurden CO₂-Senkungen von bis zu 23,58 % verzeichnet

Raumklima-Kontrolle

• Die Temperaturen in den Klassenzimmern stiegen um durchschnittlich 2,5 %, wobei in einigen Klassenzimmern Verbesserungen von bis zu 8,27 % zu verzeichnen waren.
• Die Luftfeuchtigkeit blieb konstant im idealen Bereich von 40-60%

Positives Feedback von Pädagog:innen und Schüler:innen

• Gesündere Umgebungen: Die Lehrer berichten von einer spürbar frischeren Luft, die eine bessere Atmosphäre zum Lernen und Lehren schafft.
• Interaktives Lernen: Die Schüler:innen setzten sich aktiv mit den Daten von Fybra auseinander, indem sie die CO₂-Werte mit der Anzahl der Schüler:innen in Beziehung setzten und während der „Luft-Detektive“-Klasse Energiesparmöglichkeiten identifizieren.

Diese positiven Ergebnisse hängen direkt mit dem Einsatz von IoT-Technologie zusammen.

Der Air Quality Coach von Fybra ermöglicht:

• Überwachung in Echtzeit: Verfolgung von CO₂, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Flüchtigen organische Verbindungen
• Externe Daten: Nutzung von Wetter- und Luftverschmutzungsdaten zur kontextbezogenen Optimierung
• Intelligente Empfehlungen: Bietet umsetzbare Erkenntnisse zur Verbesserung der Luftqualität bei gleichzeitiger Senkung der Energiekosten

Das Pilotprojekt hat gezeigt, dass Fybra in der Lage ist, technische Spitzenleistungen mit praktischen Auswirkungen zu verbinden und so eine ganz direkte Verbesserung der Gesundheit, der Lernergebnisse und der Energieeffizienz zu ermöglichen.