Intelligente Steuerung spart bis zu 69 % Energie bei Warmwasserbereitern

Ein neues Forschungsprojekt zeigt, wie intelligente Steuerungen von Haushalts-Warmwasserbereitern die Energieeffizienz deutlich steigern können. Anstatt das Gerät kontinuierlich zu betreiben, wird gezielt ein Zieltemperaturwert zu einer vorgegebenen Zeit erreicht, während der Energieverbrauch minimiert wird.

Die Studie nutzt ein Gymnasium‑Umfeld, das einen Einwegglühwasserbereiter mit ersten Ordnung Wärmeverlusten und diskreten Ein‑/Ausschaltoptionen (0 W bzw. 6000 W alle 120 Sekunden) simuliert. Für die Steuerung wurden drei Ansätze getestet: ein zeitoptimales Bang‑Bang‑Verfahren, ein Zero‑Shot Monte‑Carlo‑Tree‑Search‑Planner und ein Proximal Policy Optimisation (PPO) Agent.

Bei einer Vielzahl von Szenarien – Ausgangstemperaturen von 10 °C bis 30 °C, Deadlines von 30 bis 90 Schritten und Zieltemperaturen von 40 °C bis 80 °C – zeigte PPO die höchste Energieeffizienz. Für einen 60‑Schritte‑Horizon (2 h) verbrauchte der PPO-Agent 3,23 kWh, während Bang‑Bang 4,37 bis 10,45 kWh und MCTS 4,18 bis 6,46 kWh benötigten. Das entspricht Einsparungen von 26 % bei 30 Schritten und 69 % bei 90 Schritten. In einer exemplarischen Simulation mit 50 kg Wasser, 20 °C Umgebungstemperatur und 60 °C Zieltemperatur lag der Energieverbrauch des PPO-Agenten 54 % unter dem von Bang‑Bang und 33 % unter MCTS.

Die Ergebnisse demonstrieren, dass lernbasierte, deadline‑bewusste Steuerungen unter identischen physikalischen Bedingungen die Energieaufnahme signifikant reduzieren können. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Optimierung von Haushalts-Warmwasserbereitern und trägt zur Senkung des Stromverbrauchs bei.