Mit Smart Home den Energieverbrauch senken?

Immer mehr Alltagsprodukte sind gegenwärtig mit Schnittstellen zum Datenaustausch ausgestattet und über das Internet vernetzt. Das begründet sich häufig mit dem Versprechen, die Geräte an die Bedürfnisse des Nutzers anzupassen und vor allem bei Heizung und Licht Energie einzusparen. Allerdings bedeutet dies zunächst aufgrund der Herstellung der Mikroelektronik, des Stromverbrauchs und der Entsorgung einen zusätzlichen Energie- und Ressourcen-Verbrauch.

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Was ist Smart Home?

Bei einem Smart Home handelt es sich um ein Netzwerk miteinander verbundener technischer Geräte mit integrierter Elektronik, die sich per Smartphone oder Tablet fernsteuern lässt. Damit ist es beispielsweise möglich, Heizungen und Haushaltsgeräte, aber auch Beleuchtung, Fenster, Türen, Fernseher und die Musikanlage per App zu bedienen. Produkte mit digitalen Schnittstellen erlauben außerdem eine elektronische Vernetzung der Geräte untereinander.

Häufig geht es dabei um das Überwachen der Effizienz mittels Sensoren, das Messen und Aufzeichnen eines Verbrauchs, eine Fernüberwachung zur Sicherheit, die Konfigurierung einer Regelung. Sogenannte „intelligente“ Messsysteme zeichnen zum Beispiel bei Stromzählern den Stromverbrauch auf, übertragen diesen und steuern ihn im Idealfall. Aber auch eine stimmige Beleuchtung, ein Heimkino, eine individuelle Hausklingel, die Sensoren eines Bewegungsmelders, eine automatische Lüftung im Badezimmer oder die Anwesenheitserkennung anhand von Smartphones zählen zu den smarten Anwendungen.

Steigende Datenmengen erhöhen Energie- und Ressourcenverbrauch

Smart-Home-Anwendungen versprechen nicht nur den Komfort und die Sicherheit zu erhöhen, sondern zugleich den Energieverbrauch zu senken. Nur ein geringer Teil der Anwendungen für ein „smartes“ Zuhause ist tatsächlich darauf ausgerichtet, Energie zu sparen. Die Verbreitung von digitalen Schnittstellen bedeutet dagegen einen zusätzlichen Verbrauch durch die ununterbrochene Empfangsbereitschaft. Zum Energie- und Ressourcenbedarf durch die Vernetzung gibt es nur wenig belastbare Informationen.

Allein in Deutschland prognostiziert für 2025 eine Studie 350 Millionen zusätzliche vernetzte Geräte (Borderstep Institut). Ein bisher wenig thematisierter Verbrauch weiterer Energie und Rohstoffe. Allein das deutsche Datenaufkommen im Internet und der Betrieb internetfähiger Geräte verursacht etwa 33 Millionen Tonnen CO2-Emissionen im Jahr – so viel wie der innerdeutsche Flugverkehr (SWR). Durch die permanente Vernetzung der Geräte und den Einsatz von Sprachsteuerung nimmt auch die Datenmenge stets zu und damit der Energieverbrauch, um sie zu übertragen, zu speichern und zu verarbeiten. Konservative Berechnungen von Seagate prognostizieren alle 20 Monate eine Verdoppelung der globalen Datenmenge. Das bedeutet auch, dass neunzig Prozent aller heute vorhandenen Daten in den vergangenen achtzehn Monaten entstanden sind. Allein in Deutschland ist damit zu rechnen, dass Rechenzentren bis 2025 etwa 40 Prozent mehr Energie verbrauchen als 2015 (Fraunhofer Studie).

Zwar übertragen einzelne Geräte bei der Nutzung nur geringe Datenmengen. Da jedoch die Anzahl des Equipments rasant steigt, gehen Prognosen davon aus, dass die Kommunikation zwischen Geräten im Jahr 2022 bereits 0,3 Zettabyte oder mehr als sechs Prozent des weltweiten Datenverkehrs ausmacht (cisco). Europaweit könnten so Mehrverbräuche von bis zu 70 Terawattstunden im Jahr entstehen (Borderstep Institut).

Darüber hinaus ist die Nutzungsdauer der Geräte relevant: Die Vernetzung birgt das Risiko, eigentlich noch funktionierende Komponenten austauschen zu müssen. Ist zum Beispiel die Vernetzungskomponente defekt oder für eine Software kein Update mehr verfügbar, erweist sich im Zweifel das gesamte Gerät als nutzlos.

Auch die Software-Nutzung löst erhebliche Stoff- und Energieströme aus. Eigenschaften der Software entscheiden, wie hoch die Hardwarekapazitäten sein müssen und wieviel elektrische Energie Endgeräte, Netzwerke und Rechenzentren verbrauchen. Die Ressourceneffizienz und Standardisierung von Software spielen dabei in Zukunft eine immer größere Rolle.

Einsparpotenzial durch Heizungssteuerung

Einige digitale Anwendungen bieten in der Tat die Möglichkeit, beim Energiesparen zu helfen, indem sie den Energieverbrauch messen und zeigen, wie sich verschiedene Geräteeinstellungen und Verhaltensmuster auf Verbrauch und Kosten auswirken. Smarte Geräte sind prinzipiell in der Lage, den Energieverbrauch zu erfassen, zu visualisieren und zu optimieren. Bei Heizungen reichen schon wenige Messgrößen, um den Betrieb einer Anlage zu verbessern.

Ein Beispiel sind Thermostatventile, die sich bei geöffnetem Fenster automatisch herunterregeln. Zudem passen smarte Thermostatventile die Raumtemperatur an das Nutzungsverhalten an. Lässt man beispielsweise die Heizkörperventile durch ein Energiemanagementsystem regeln, lassen sich 25 bis 30 Prozent der Wärme einsparen.

Zunächst erhöht sich aber auch hier der Energie- und Ressourcenverbrauch. So kann es bis zu 18 Monaten dauern, bis sich die Produktionsenergie von Heizungs- und Energiemanagementsystemen durch die Energieeinsparungen im Betrieb amortisiert (Smartes Wohnen).

Standby-Stromverbrauch am Beispiel smarter LED-Lampen

Um auf Sprachbefehle und Signale anderer Geräte zu reagieren, verbrauchen Geräte zusätzlich Strom. Seit dem 1. Januar 2019 dürfen laut der EU-Ökodesign-Verordnung für diesen vernetzten Standby-Betrieb zwei Watt Leistung aufgenommen werden. Bei 24 Stunden Bereitschaft summiert sich der Verbrauch. Eine vernetzte LED-Lampe kann mehr Strom durch die Bereitschaft als durch den Einsatz als Leuchtmittel verbrauchen. Eine Studie des Borderstep Instituts untersucht diese Zusammenhänge: Während drei Stunden Betriebszeit nimmt die LED etwa 21 Watt Leistung auf, 24 Stunden pro Tag ist die Leuchte jedoch auch in Bereitschaft, um Schaltsignale aus dem Netzwerk zu empfangen. Die Leistungsaufnahme beträgt zwei Watt, wodurch sich über ein Jahr gerechnet mehr als der doppelte Energieverbrauch für Bereitschaft (17,5 kWh) im Vergleich zur Betriebsenergie (7,7 kWh) ergibt. Bis 2025 steigt Schätzungen zufolge dieser zusätzliche Energieverbrauch durch vernetzte Haushaltsgeräte europaweit auf bis zu 14 Terawattstunden jährlich.

Selten dienen smarte Systeme ausschließlich dazu, Ressourcen und Energie einzusparen. Vielmehr führen die Erhöhung des Komforts oder der Sicherheit zum Kauf weiterer Produkte. Viele Funktionen von neuartigen vernetzten Geräten basieren auf Cloud-Diensten wie beispielsweise einer Stimmerkennung, die energie- und ressourcenintensiv in Rechenzentren weitere Verbräuche verursachen. Mit der Vernetzung der Geräte im Haushalt sind in der Regel zusätzliche Online-Dienste verbunden, die auf Cloud-Anwendungen basieren.

Wie Sie digitale Geräte länger am Leben halten

Nutzer mustern ihre digitalen Geräte wie Smartphones, Tablets, Laptops oder LED-Fernseher häufig nicht aus, weil sie kaputt sind. Vielmehr ist intakte Hardware oft nur deshalb nicht mehr nutzbar, weil sie nicht mehr zu neu konzipierter oder weiterentwickelter Software passt. Software erzeugt somit Obsoleszenz.

Ein eindrucksvolles Beispiel dafür, dass neue Versionen einer Software zugleich neue und leistungsfähigere Hardware benötigen, ist die Entwicklung des Windows-Betriebssystems. Windows 10 benötigt im Vergleich zu Windows 95 vierzigmal so viel Prozessorleistung, 250-mal so viel Arbeitsspeicherkapazität und 320-mal so viel Festplattenkapazität (Wikipedia). Dabei verwaltet ein Betriebssystem lediglich die Ressourcen eines Computers und stellt selbst keine Anwendung dar.

Fazit: Die Verlängerung der Nutzungsdauer ist der wichtigste Hebel, um den ökologischen Fußabdruck der Geräte zu reduzieren.

Lösungswege für energieeffizientere Systeme:

• Konsum hinterfragen und tatsächlichen Mehrwert der zusätzlichen Vernetzung prüfen: Nicht Jede*r braucht jede Innovation.
• Die Standby-Bereitschaft in den Jahresenergieverbrauch mit hineinrechnen.
• Auf Insellösungen setzen: Daten, wenn möglich lokal verarbeiten, um Energie für Server und Datenübertragung zu sparen sowie Gefahren für die Sicherheit zu minimieren.
• Entkopplung von Software-Entwicklung und dem Bedarf zur Hardware-Erneuerung: Beim Kauf darauf achten, dass eine auslaufende Softwareunterstützung (Support) das Gerät nicht per se bedienunfähig macht.
• Auf Modularität zu achten bedeutet, dass auch einzelne Module installiert bzw. ausgetauscht werden können, nicht immer das ganze System.
• Im Allgemeinen gilt: Je weniger „Menü“, je einfacher die Algorithmen, je schlichter die Werkzeuge, umso weniger Verbrauch.
• Achten Sie bei allen Systemen darauf, dass es möglich ist, Einzelteile wie zum Beispiel LEDs in Lampen auszuwechseln.

Weiterführende Links:

• Anja Höfer, Vivian Frick (Hrsg.) (2019): Was Bits und Bäume verbindet - Digitalisierung nachhaltig gestalten
• Ralf Hintemann und Simon Hinterholzer, Borderstep Institut (2018): Smarte Rahmenbedingungen für Energie und Ressourceneinsparungen bei vernetzten Haushaltsprodukten - Kurzstudie im Auftrag des Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland e.V. (BUND)
• Verbraucherzentrale Bundesverband (2020): Smart Home – Das „intelligente Zuhause“
• Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung: Unsere gemeinsame digitale Zukunft