Ziele
Ziel des Projektes ist es, eine interdisziplinäre Plattform zu schaffen, die Qualifizierung und Forschung im Bereich vernetzter, datengetriebener Systeme nachhaltig fördert. Die Technische Hochschule (TH) Lübeck soll etabliert werden als (über-)regional sichtbares Zentrum für Forschung und Qualifizierung zu datengetriebener Vernetzung mit Anwendung auf nachhaltige urbane Umwelt- und Energieforschung. Ein Nexus, eine sich gegenseitig verstärkende Verbindung, soll geschaffen werden, zwischen moderner Ausstattung in einem inspirierenden Umfeld, aktueller Forschung, Wissenschaft und Gesellschaft.
Der Forschungsraum Smart Connected Environments (SCET) bildet den Rahmen für das Forschungsprojekt Smart Environment and Energy Nexus (SEEN) mit Anwendung im Bereich Smart Energy, Smart City, Wärme, Wasser und Umwelt. Im Forschungsraum SCET wird ein innovatives ganzheitliches Sensornetz geschaffen, das Datenströme zu Stadt-, Energie- und Umweltsystemen erzeugt und über ein Datenmanagement verwaltet, über innovative Methoden (u.a. KI) verarbeitet und bedarfsgerecht zur Verfügung stellt. Das Forschungsprojekt und der Forschungsraum sind dem Forschungsschwerpunkt Datengetriebene Methoden für Nachhaltige urbane Systeme und vernetzte Technologien zuzuordnen. Die SCET Science Academy nutzt die Infrastruktur und Expertise des Forschungsraums SCET für die Qualifikation verschiedener Gruppen z.B. für Seminare aus dem Bereich Wissenschafts-kommunikation zu diesen Forschungsthemen. Der Forschungsraum SCET wird also sowohl als Gegenstand für Entwicklung und Forschung genutzt und auch für den Transfer in die Gesellschaft.
Das Projekt leistet damit einen wichtigen Beitrag sowohl zur Erforschung gesellschaftlicher Herausforderungen wie Klimawandel, Energieeffizienz und Umweltmanagement, zur aktiven Nachwuchsförderung in diesem Bereich und zum Transfer des Themas in die Gesellschaft.
Wissenschaftliche und technische Arbeitsziele des Forschungsprojektes SEEN sind:
- Entwicklung digitaler Messmethoden, um biologische Gewässerparameter mit der geforderten Genauigkeit zu bestimmen und Klimaresilienz der Gewässer zu erhöhen
- Messung und Einbindung physikalischer, chemischer und ökologischer Parameter des Wasser-Energie-Klima-Nexus in ein Gewässermodell.
- Entwicklung verifizierter und validierter mathematischer Modelle zu Beziehungen zwischen Klima, Temperatur und Gewässergüte, die Vorhersagen zur Auswirkung von Eingriffen auf das ökologische System ermöglichen.
- Simulation der Auswirkungen einer engmaschigen Hintereinanderschaltung von Oberflächenwasserwärmepumpen auf das lokale urbane Mikroklima und die lokalen Gewässerqualitätsparameter
Wissenschaftliche und technische Arbeitsziele des Forschungsraums SCET:
- Aufbau einer Datenplattform für Echtzeit-Datenanalysen, inklusive einer Plattform zur Verarbeitung von Datenströmen und der Integration von Schnittstellen, die mindestens fünf unterschiedliche Datenformate verarbeiten können.
- Entwicklung von KI-Methoden zur Datenanalyse und Validierung der KI-Modelle mit einer Genauigkeit von mindestens 90 % gegenüber realen Messdaten.
- Aufbau eines Dashboards zur Datenvisualisierung, das für die Sensor- und Messstellen-daten aus Modul 2 nutzbar ist sowie die Integration von VR-Funktionen für mindestens zwei Anwendungsfälle.
- Bereitstellung eines OpenData-Portals mit mindestens zehn öffentlich zugänglichen Datensätzen zu Umwelt- und Energiedaten.
- Wissenschaftliche und technische Arbeitsziele der SCET Science Academy:
- Vier wissenschaftliche Nachwuchskräfte schließen erfolgreich ihre Promotion ab.
- Mindestens 6 Publikationen von wissenschaftlichen Nachwuchskräften entstehen.
Angestrebte Innovation
Der Forschungsraum SCET vereint interdisziplinäre Expertise und verbindet die Gestaltung urbaner Umwelt- und Energiesysteme durch breit aufgestellte Sensorik und modernste Technologien wie KI, VR sowie einer hochmodernen OpenData-Plattform. Interdisziplinäre Methoden werden auf innovative Weise ganzheitlich verzahnt. Während viele bestehende Systeme auf die Erfassung einzelner Datenquellen beschränkt sind, integriert Smart Connected Environments Umwelt- und Energiedaten in einem gemeinsamen Netzwerk.
Daten werden in Echtzeit analysiert, z.B. durch prädiktive KI-Modelle, und ermöglichen eine unmittelbare Reaktion auf Umweltveränderungen oder Energieanforderungen. Sie setzen neue Maßstäbe für datenbasierte städtische und urbane Planung. Das Projekt integriert ein intelligentes Energiemanagementsystem, das erneuerbare Energien in ein Smart Grid einspeist und diese in Echtzeit auf Basis der Verbrauchsdaten verteilt. Damit schafft SEEN ein urbanes Modell, das dezentral und nachhaltig auf Energieanforderungen reagiert.
Beschreibung des Forschungsraums
Um die Sammlung, Verarbeitung und Visualisierung komplexer Datenströme zu ermöglichen, soll im Forschungsraum SCET eine innovative physische und virtuelle Plattform auf Basis vernetzter Sensoren aufgebaut werden. Dafür wird eine Datenplattform für Echtzeit-Daten-analysen aufgebaut und ein Dashboard zur Datenvisualisierung, das für die Sensor- und Messstellendaten nutzbar ist. Ein OpenData-Portal soll bereitgestellt werden, mit öffentlich zugänglichen Datensätzen zu Umwelt- und Energiedaten, unter Einhaltung internationaler Standards bei der Datenaufbereitung und Veröffentlichung. Co-Working-Space mit Hard- und Softwarelaboren mit High-End-Arbeitsstationen und Anbindung an spezifische API’s für Datenanalytik und KI für Promovierende verschiedener Fachbereiche sind geplant. Der Forschungsraum wird von Wissenschaftlichen Mitarbeiter*innen in Betrieb genommen, der Aufbau evaluiert und wissenschaftlich begleitet.
Hintergrund
Die Stadt Lübeck steht vor vielfältigen Herausforderungen auf Grund des Klimawandels. Sie ist geprägt von einer historischen, als Weltkulturerbe geschützten Altstadt, welche den Einsatz von „klassischen“ Methoden der Wärmewende wie Gebäudedämmung oder dezentrale Wärmepumpen verhindert oder erheblich erschwert. Andererseits erzwingt der hohe Energieverbrauch der historischen Gebäude umfangreiche Anpassungen. Verschiedene Konzepte werden diskutiert, wobei der Einsatz von Wärmepumpen und Flusswärmepumpen als vielversprechend angesehen wird. Dieser Ansatz zieht Fragestellungen hinsichtlich der Umweltfolgen nach sich, ohne deren Beantwortung und Einhaltung daraus resultierender genehmigungsrechtlicher Anforderungen eine praktische Umsetzung nicht möglich ist.
Durch alle diese Maßnahmen soll die TH Lübeck langfristig als Plattform für interdisziplinäre Forschung, Lehre und Austausch mit der Gesellschaft etabliert werden, um die Entwicklung nachhaltiger urbaner Systeme aktiv zu fördern und attraktiv für Nachwuchswissen-schaftler*innen zu werden und zu bleiben.