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Konzept eines Punktesystems zum Vergleich des elektrischen Energieverbrauchs von Haushalten

Ruby, Tomo F. :
Konzept eines Punktesystems zum Vergleich des elektrischen Energieverbrauchs von Haushalten.
TU Darmstadt
[Haus-, Projekt- oder Studienarbeit], (2015)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die Energiewende ist in Deutschland ein Begriff der oft für den Ausstieg aus Atomkraft und die Hinwendung zu erneuerbaren Energien verwendet wird. Doch auch Maßnahmen von Privathaushalten wie die Nutzung energieeffizienter Geräte, die Erhöhung des Energiestandards eines Hauses und der sinnvolle Umgang mit Energie im täglichen Leben zählen dazu und tragen ihren Teil bei. Am Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen der Technischen Universität Darmstadt wird bei dem Forschungsprojekt Smart Energy Ranking Game (SmartER Game) eine Webanwendung entwickelt, die bei letztgenanntem unterstützen soll. Durch die vorgesehene flächendeckende Einführung von Smart-Metern bekommt der Endkunde Zugang zu kontinuierlichen Echtzeitdaten über den eigenen Verbrauch. Auf dieser Grundlage entstehen vielfältige neue Möglichkeiten, das eigene Verhalten bezüglich des Verbrauchs neu zu beurteilen und zu bewerten. Im SmartER Game sollen durch die Nutzung des Live-Feedbacks über den Verbrauch das spielerische Erfassen der Mechanismen des Verbrauchs möglich werden, was zur selbstständigen Identifikation von Einsparpotentialen führt. Im Gegensatz zu schon vorhandenen Ansätzen wird durch das SmartER Game aktiv der spielerische Wettbewerb zwischen den Verbrauchern gefördert und der Vergleich mit jedem anderen Nutzer der Anwendung ermöglicht. Dazu wird in dieser Arbeit ein Punktesystem entwickelt, mit dem der Vergleich unterschiedlichster Nutzer wie Haushalten verschiedener Größen möglich wird. Die Hauptziele dieses Vorgehens sind die Reduzierung des Verbrauchs und die Lastverschiebung in Zeiten der geringen Last. Da der Vergleich als Kernpunkt eine hohe Bedeutung hat, wird dieser im Rahmen der Arbeit mit Erkenntnissen aus der Psychologie eingeordnet und es werden beeinflussende Faktoren identifiziert und kategorisiert. Die wichtigste Schlussfolgerung hieraus ist, dass das Vergleichsziel in Merkmalen die einen hohen Vorhersagewert für das betrachtete Kriterium haben, ähnlich sein muss, damit der Vergleich für den Nutzer interessant wird. Konkret bedeutet das, dass die relevanten Determinanten des Verbrauchs benannt und beim Vergleichen beachtet werden müssen. Eine ausführliche Untersuchung des privaten Verbrauchs liefert die folglich benötigten Informationen zur Zusammensetzung und der Wichtigkeit der Determinanten. Unter anderem werden das Klima und die Haushaltsgröße als wichtigste Punkte identifiziert und bei der Bewertung des Verbrauchs im Rahmen des Punktesystems einbezogen. Auch Teil der Arbeit ist eine umfangreiche Analyse verwandter Forschung und ähnlicher am Markt erhältlicher Produkte. Die Forschung findet jedoch hauptsächlich in angrenzenden Gebieten wie der Machbarkeit der Smart-Meter-Einführung und der generellen Wirkung von Smart-Metern auf den Verbrauch statt. Das bedeutet einerseits, dass eine Beurteilung der Ergebnisse der Arbeit anhand von sonstiger Literatur nur schwer möglich ist, andererseits dass ein Feld bearbeitet wird, in dem es noch viele Möglichkeiten gibt, Erkenntnisse beizusteuern. Die naheliegendsten Forschungsprojekte sind Web2Energy, das als einziges eine direkte Umrechnung des Verbrauchs in einen Punktwert umgesetzt hat und Energy- Wiz, in dem verschiedene vergleichende Arten des Feedbacks evaluiert werden, was Erkenntnisse für die Umsetzung des hier zu entwickelnden Punktesystems bringt. Die Marktsituation zeigt sich ähnlich: Eine vergleichende Bewertung erfolgt meistens nur mit einem anonymen Durchschnittswert und lässt so Potential für Nutzermotivierung verfallen. Eine Umrechnung des Verbrauchs in eine Bewertung gibt es hier nur bei Munx.ch, einem Portal aus der Schweiz, das jedoch nur grobe Informationen bereitstellt. Weiterhin gibt es viele Projekte die einen Vergleich anhand von vom Verbrauch losgelösten Skalen vornehmen, auf denen Punkte durch ganz verschiedene Aktionen wie Teilnahme an Umfragen oder schreiben von Blogeinträgen verteilt werden. Das lässt jedoch keinen objektiven Vergleich zu und ist für diese Arbeit höchstens als zusätzliches Feature interessant. Das Punktesystem wird in einem Demonstrator visualisiert, der die nutzerseitige Konfiguration der Parameter des Systems in einem webbasierten Kontext erlaubt. Durch die Erstellung eines Konzepts mit der Anaylse und Auswahl von Webtechnologien, wie sie auch im SmarER Game verwendet werden sollen, können hier Erkenntnisse geliefert werden. Für die Datenhaltung, die Datenanalyse und die Visualisierung werden verfügbare Möglichkeiten vorgestellt und bewertet. Für den Demonstrator ergibt sich so ein Aufbau aus JavaScript mit der Visualisierung der Daten über die Bibliothek D3, der Datenhaltung in einer MySQL-Datenbank und der Analyse der Daten über die Statistiksoftware R. Die Kommunikation zwischen diesen Komponenten wird von einem R-Paket namens OpenCPU umgesetzt, das eine Schnittstelle von JavaScript zu R bereitstellt. Der Demonstrator konnte erfolgreich umgesetzt werden und es wurde ein Modell des Punktesystems implementiert, das das einzelne Hinzufügen von verschiedenen Einflüssen in die Bewertungsmetrik ermöglicht. So können verschiedene Versionen verglichen und beurteilt werden. Es wurde eine Anwendung mit ansprechender, übersichtlicher und einheitlicher Oberfläche erstellt, die es dem Nutzer ermöglicht, den Stromverbrauch eines beliebigen Haushalts aus dem umfangreichen Datenbestand einer irischen Smart-Metering-Studie darzustellen und mit einer selbst konfigurierten Metrik zu bewerten. Es wurden mehrere Einflüsse implementiert und es wird ein Entwurf eines Punktesystems vorgestellt, der die vorgegebenen Ziele einbezieht.

Typ des Eintrags: Haus-, Projekt- oder Studienarbeit
Erschienen: 2015
Autor(en): Ruby, Tomo F.
Titel: Konzept eines Punktesystems zum Vergleich des elektrischen Energieverbrauchs von Haushalten
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Die Energiewende ist in Deutschland ein Begriff der oft für den Ausstieg aus Atomkraft und die Hinwendung zu erneuerbaren Energien verwendet wird. Doch auch Maßnahmen von Privathaushalten wie die Nutzung energieeffizienter Geräte, die Erhöhung des Energiestandards eines Hauses und der sinnvolle Umgang mit Energie im täglichen Leben zählen dazu und tragen ihren Teil bei. Am Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen der Technischen Universität Darmstadt wird bei dem Forschungsprojekt Smart Energy Ranking Game (SmartER Game) eine Webanwendung entwickelt, die bei letztgenanntem unterstützen soll. Durch die vorgesehene flächendeckende Einführung von Smart-Metern bekommt der Endkunde Zugang zu kontinuierlichen Echtzeitdaten über den eigenen Verbrauch. Auf dieser Grundlage entstehen vielfältige neue Möglichkeiten, das eigene Verhalten bezüglich des Verbrauchs neu zu beurteilen und zu bewerten. Im SmartER Game sollen durch die Nutzung des Live-Feedbacks über den Verbrauch das spielerische Erfassen der Mechanismen des Verbrauchs möglich werden, was zur selbstständigen Identifikation von Einsparpotentialen führt. Im Gegensatz zu schon vorhandenen Ansätzen wird durch das SmartER Game aktiv der spielerische Wettbewerb zwischen den Verbrauchern gefördert und der Vergleich mit jedem anderen Nutzer der Anwendung ermöglicht. Dazu wird in dieser Arbeit ein Punktesystem entwickelt, mit dem der Vergleich unterschiedlichster Nutzer wie Haushalten verschiedener Größen möglich wird. Die Hauptziele dieses Vorgehens sind die Reduzierung des Verbrauchs und die Lastverschiebung in Zeiten der geringen Last. Da der Vergleich als Kernpunkt eine hohe Bedeutung hat, wird dieser im Rahmen der Arbeit mit Erkenntnissen aus der Psychologie eingeordnet und es werden beeinflussende Faktoren identifiziert und kategorisiert. Die wichtigste Schlussfolgerung hieraus ist, dass das Vergleichsziel in Merkmalen die einen hohen Vorhersagewert für das betrachtete Kriterium haben, ähnlich sein muss, damit der Vergleich für den Nutzer interessant wird. Konkret bedeutet das, dass die relevanten Determinanten des Verbrauchs benannt und beim Vergleichen beachtet werden müssen. Eine ausführliche Untersuchung des privaten Verbrauchs liefert die folglich benötigten Informationen zur Zusammensetzung und der Wichtigkeit der Determinanten. Unter anderem werden das Klima und die Haushaltsgröße als wichtigste Punkte identifiziert und bei der Bewertung des Verbrauchs im Rahmen des Punktesystems einbezogen. Auch Teil der Arbeit ist eine umfangreiche Analyse verwandter Forschung und ähnlicher am Markt erhältlicher Produkte. Die Forschung findet jedoch hauptsächlich in angrenzenden Gebieten wie der Machbarkeit der Smart-Meter-Einführung und der generellen Wirkung von Smart-Metern auf den Verbrauch statt. Das bedeutet einerseits, dass eine Beurteilung der Ergebnisse der Arbeit anhand von sonstiger Literatur nur schwer möglich ist, andererseits dass ein Feld bearbeitet wird, in dem es noch viele Möglichkeiten gibt, Erkenntnisse beizusteuern. Die naheliegendsten Forschungsprojekte sind Web2Energy, das als einziges eine direkte Umrechnung des Verbrauchs in einen Punktwert umgesetzt hat und Energy- Wiz, in dem verschiedene vergleichende Arten des Feedbacks evaluiert werden, was Erkenntnisse für die Umsetzung des hier zu entwickelnden Punktesystems bringt. Die Marktsituation zeigt sich ähnlich: Eine vergleichende Bewertung erfolgt meistens nur mit einem anonymen Durchschnittswert und lässt so Potential für Nutzermotivierung verfallen. Eine Umrechnung des Verbrauchs in eine Bewertung gibt es hier nur bei Munx.ch, einem Portal aus der Schweiz, das jedoch nur grobe Informationen bereitstellt. Weiterhin gibt es viele Projekte die einen Vergleich anhand von vom Verbrauch losgelösten Skalen vornehmen, auf denen Punkte durch ganz verschiedene Aktionen wie Teilnahme an Umfragen oder schreiben von Blogeinträgen verteilt werden. Das lässt jedoch keinen objektiven Vergleich zu und ist für diese Arbeit höchstens als zusätzliches Feature interessant. Das Punktesystem wird in einem Demonstrator visualisiert, der die nutzerseitige Konfiguration der Parameter des Systems in einem webbasierten Kontext erlaubt. Durch die Erstellung eines Konzepts mit der Anaylse und Auswahl von Webtechnologien, wie sie auch im SmarER Game verwendet werden sollen, können hier Erkenntnisse geliefert werden. Für die Datenhaltung, die Datenanalyse und die Visualisierung werden verfügbare Möglichkeiten vorgestellt und bewertet. Für den Demonstrator ergibt sich so ein Aufbau aus JavaScript mit der Visualisierung der Daten über die Bibliothek D3, der Datenhaltung in einer MySQL-Datenbank und der Analyse der Daten über die Statistiksoftware R. Die Kommunikation zwischen diesen Komponenten wird von einem R-Paket namens OpenCPU umgesetzt, das eine Schnittstelle von JavaScript zu R bereitstellt. Der Demonstrator konnte erfolgreich umgesetzt werden und es wurde ein Modell des Punktesystems implementiert, das das einzelne Hinzufügen von verschiedenen Einflüssen in die Bewertungsmetrik ermöglicht. So können verschiedene Versionen verglichen und beurteilt werden. Es wurde eine Anwendung mit ansprechender, übersichtlicher und einheitlicher Oberfläche erstellt, die es dem Nutzer ermöglicht, den Stromverbrauch eines beliebigen Haushalts aus dem umfangreichen Datenbestand einer irischen Smart-Metering-Studie darzustellen und mit einer selbst konfigurierten Metrik zu bewerten. Es wurden mehrere Einflüsse implementiert und es wird ein Entwurf eines Punktesystems vorgestellt, der die vorgegebenen Ziele einbezieht.

Freie Schlagworte: Datenanalyse, Energie, Energieeffizienz, Gamification, Serious Gaming, Smart Metering, Verbrauchsverhalten
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Civil and Environmental Engineering > Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen
Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Civil and Environmental Engineering
Hinterlegungsdatum: 18 Aug 2015 07:15
Zusätzliche Informationen:

Betreuer: Christian Schwöbel

Schlagworte in weiteren Sprachen:
Einzelne SchlagworteSprache
Smart Metering, Energy Efficiency, Data Analysis, Serious Gaming, Gamification, Energy, consumption behaviourEnglisch
Alternatives oder übersetztes Abstract:
AbstractSprache
The German buzz word “Energiewende” which translates to energy transition, is often used to describe the German nuclear power phase-out and the orientation towards renewable energies. But measures taken by private households like the usage of energy-efficient devices, the insulation of houses or reasonable use of energy in daily life can also be included and contribute their share. The support of the latter by the development of a web application called Smart Energy Ranking Game (SmartER Game) is investigated at the Institute of Numerical Methods and Informatics in Civil Engineering at the “Technische Universität” in Darmstadt. The nationwide smart meter rollout provides the end user with access to continuous real-time feedback on his energy consumption. That opens many options to revaluate your own behaviour regarding energy consumption. The SmartER Game tries to enable the user to learn in a playful and independent way about the mechanisms of his own consumption, which makes him recognize potentials to save energy himself. Opposing to existing approaches the SmartER Game encourages the users to compete playfully and enables the comparison of different users. The present work develops a scoring system to compare even completely different households like households of various sizes. The main goals of this approach are to save energy and to shift the consumption to times of generally low consumption. Since the comparison amongst users is a key aspect, this work classifies it with psychological findings and influencing factors are identified and categorized. The most important implication of this is that the comparison target has to be similar in terms of attributes with high predictive value on the matter of interest to make the comparison relevant. That means that the most important determinants of the residential energy consumption have to be identified and considered at the comparison. The extensive investigation of residential energy consumption provides the necessary information about composition and determining factors of consumption. Among others, climate and household size are identified as most important aspects and included in the assessment of the consumption in the scoring system. A comprehensive analysis of related research and available products is also part of the work. The research however happens mainly in adjacent areas like general feasibility of smart meter rollouts and the effect of smart meters on energy consumption. On the one hand that means that the evaluation of the results of this work is difficult to do using other literature on the topic, on the other hand the topic of the work covers a field where many possibilities of new findings are present. The research projects that contribute the most areWeb2Energy, which is the only one that realizes direct conversion of consumption to score, and EnergyWiz, which implements several different methods of comparative feedback and evaluates them. The market situation comes out similar: A comparative judgement is mostly only done with an anonymous average value, which leaves potential of motivating users unexploited. A conversion of consumption to score is only done at the Swiss web portal Munx.ch which unfortunately provides no detailed information on the process. Furthermore there are many products that judge based on scales which aren’t directly connected to the consumption. Points can then be gathered by various kinds of actions like participation in quizzes or writing blog posts. These judgments however enable no objective comparison and could at most be used as additional feature for this work. The scoring system is visualized in a demonstrator which allows user based configuration of the system in a web based context. With the creation of a concept that contains the analysis and selection of web technologies, like they will also be used in the SmarER Game, relevant findings can be provided. Possibilities for data storage, analysis and visualization are presented and evaluated. The structure of the demonstrator emerges as JavaScript with the library D3 for data visualization, data storage in a MySQL database and data analysis in the statistical software R. The communication between these parts is implemented by an R package called OpenCPU which offers an interface from JavaScript to R. The demonstrator was successfully realized and implements a model of the scoring system that allows the separate addition of different influences to the metric. That enables the comparison and evaluation of different versions. The demonstrator furthermore offers an appealing, neat and consistent user interface and lets the user configure and visualize a metric that can be adapted to voluminous smart metering data from an Irish case study. Several influences have been implemented and a metric is presented that fulfils the stated goals.Englisch
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