Digitale Spielmethoden zur Verbesserung des energieeffizienten Verhaltens in privaten Haushalten:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Aachen
Shaker
2015
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| Schriftenreihe: | Berichte des Instituts für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen
2015,1 |
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INHALTSVERZEICHNIS
1. EINLEITUNG 1
1.1. MOTIVATION 1
1.2. ZIELSETZUNG UND ANSATZ 3
1.3. AUFBAU DER ARBEIT 5
2. ENERGIEVERSORGUNGSNETZE UND BILANZIERUNG VON ENERGIEVERBRAEUCHEN 7
2.1. GRUNDLEGENDE BEGRIFFE 7
2.2. GESETZLICHE RAHMENBEDINGUNGEN IM LIBERALISIERTEN MARKT 10
2.3. NETZTOPOLOGIE UND VERTEILUNGSINFRASTRUKTUR DER STROMNETZE 11
2.4. STEUERUNG UND BETRIEB DER NETZE 12
2.4.1. LASTPROFILVERFAHREN 14
2.5. STROMHANDEL UND -BESCHAFFUNG 15
2.6. ERDGASVERTEILNETZE 15
2.6.1. DRUCKEBENEN DER ERDGASNETZE 16
2.6.2. LASTPROFILVERFAHREN BEI GAS-BELIEFERUNG 17
2.7. ERDGASHANDEL 18
2.8. ENERGIEVERSORGUNGSNETZE IM WANDEL ZUM SMART GRID 19
2.8.1. BEDEUTUNG DER ENERGIEWENDE FUER DEN NETZAUSBAU 19
2.8.2. WIRTSCHAFTLICHE HERAUSFORDERUNGEN 19
2.8.3. SMART GRID ALS ZUKUNFTSMODELL DER ENERGIEVERSORGUNGSNETZE 20
2.8.4. SMART MARKET 21
2.8.5. BEDEUTUNG DER SMART METERING TECHNIK FUER SMART GRID UND SMART
MARKET . 21
2.9. FAZIT 22
3. ERFASSUNG VON ENERGIEVERBRAUCHSDATEN MIT SMART METERING TECHNIKEN 23
3.1. EINLEITUNG 23
3.2. RECHTLICHE RAHMENBEDINGUNGEN 24
3.3. ARTEN VON ZAEHLERN ELEKTRISCHER ENERGIE 25
3.3.1. BESTIMMUNG DER LEISTUNG UND DER ELEKTRISCHEN ENERGIE 25
3.3.2. KONVENTIONELLE ZAEHLER 26
3.3.3. MODERNE MESSSYSTEME / INTELLIGENTE ZAEHLER 27
3.3.4. INTELLIGENTE MESSSYSTEME 27
III
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3.4. GASZAEHLER 28
3.5. TECHNISCHE RICHTLINIEN FUER DIE KUENFTIGE INTEGRATION INTELLIGENTER
MESSSYSTEME IN
DAS SMART GRID 28
3.5.1. ARCHITEKTUR DES INTELLIGENTEN NETZES 29
3.5.2. SMART METER GATEWAY 30
3.5.3. KOMMUNIKATION ZWISCHEN SMART METER GATEWAY UND DEN TEILNETZEN 30
3.5.4. VARIABLE TARIFE ALS ANREIZMECHANISMEN 32
3.6. MARKTGAENGIGE LOESUNGEN FUER ZAEHLER ZUR AUTOMATISIERTEN DATENERFASSUNG
33
3.6.1. KOMMUNIKATIONSSCHNITTSTELLEN ZUR LOKALEN ERFASSUNG DER MESSDATEN
33
3.6.2. SELBSTGEBAUTER ZAEHLER NACH VOLKSZAEHLER.ORG 36
3.7. ERFASSUNG DES VERBRAUCHS EINZELNER GERAETE 36
3.7.1. INTRUSIVE APPLIANCE LOAD MONITORING 36
3.7.2. NON-INTRUSIVE APPLIANCE LOAD MONITORING 37
3.8. ERGEBNISSE VERGANGENER SMART METERING STUDIEN BEZUEGLICH DER
EINFLUSSNAHME AUF
DAS VERBRAUCHSVERHALTEN 37
3.8.1. MODELLSTADT MANNHEIM 38
3.8.2. WEB2ENERGY 39
3.8.3. BECA PROJEKT 39
3.8.4. ISSDA - GAS / ELECTRICITY CUSTOMER BEHAVIOUR TRIAL 40
3.9. FAZIT 43
4. ENERGIEVERBRAUCH UND OPTIMIERUNGSPOTENZIALE IN PRIVATEN HAUSHALTEN 45
4.1. VERTEILUNG DES ENERGIEVERBRAUCHS IN HAUSHALTEN 45
4.2. MASSNAHMEN ZUR ENERGIEEINSPARUNG UND LASTVERSCHIEBUNG 47
4.2.1. INVESTIVE MASSNAHMEN 48
4.2.2. MASSNAHMEN DURCH AENDERUNG DES NUTZERVERHALTENS 50
4.3. LASTVERSCHIEBUNGSPOTENZIALE 52
4.3.1. BEDINGUNGEN FUER LASTVERSCHIEBUNG 53
4.3.2. BESTIMMUNG DES SPEZIFISCHEN LASTVERSCHIEBUNGSPOTENZIALS EINES
HAUSHALTS . 55
4.4. FAZIT 56
5. EINFLUESSE AUF DAS ENERGIEVERBRAUCHSVERHALTEN IN HAUSHALTEN UND
METHODEN ZUR
INTERVENTION 57
5.1. KATEGORISIERUNG MOEGLICHER EINFLUSSGROESSEN AUF ENERGIEBEWUSSTES
HANDELN 57
5.1.1. WISSENSSPEZIFISCHE KOMPONENTEN 58
5.1.2. OEKONOMISCHE KOMPONENTEN AUF HAUSHALTSEBENE 58
5.1.3. TECHNISCHE KOMPONENTEN 58
5.1.4. POLITISCHE KOMPONENTEN 59
IV INHALTSVERZEICHNIS
5.1.5. PSYCHOLOGISCHE KOMPONENTEN 59
5.2. EINFLUESSE AUF DIE UMSETZUNG UND ANEIGNUNG VON ENERGIESPARENDEM
VERHALTEN . 62
5.2.1. EINFLUSS MORALISCHER VERPFLICHTUNG ZU ENERGIEEFFIZIENTEM
VERHALTEN 62
5.2.2. EINFLUSS VON WISSEN AUF ABSICHT UND HANDLUNG 63
5.2.3. KENNTNIS UEBER DEN EIGENEN ENERGIEVERBRAUCH 63
5.2.4. REBOUND-EFFEKT 64
5.2.5. EINFLUSS DER KOSTEN AUF DAS ENERGIESPARENDE VERHALTEN 65
5.2.6. EINFLUSS DER GEWOHNHEIT AUF ENERGIEEFFIZIENTE HANDLUNGEN 66
5.2.7. ZUSAMMENFASSENDE IDENTIFIKATION DER KERNPROBLEME 66
5.3. INTERVENTIONSFORMEN ZUR BEEINFLUSSUNG DES NUTZERVERHALTENS 67
5.3.1. EINSATZ VON INTERVENTIONSTECHNIKEN 70
5.3.2. UMSETZUNG VON INTERVENTIONSTECHNIKEN IM RAHMEN VON KAMPAGNEN ZUR
VERBESSERUNG DES ENERGIEEFFIZIENTEN VERHALTENS 72
5.4. FAZIT 73
6. GRUNDLAGEN ZU DIGITALEN SPIELMETHODEN MIT FACHLICHEN LERNZIELEN 75
6.1. BEGRIFFSDEFINITION SPIEL 75
6.2. ELEMENTE DIGITALER SPIELE 76
6.3. SPIELMECHANIKEN 78
6.3.1. AVATAR 78
6.3.2. REGELN 78
6.3.3. SPIELZIELE, LEVELS, CHALLENGES UND QUESTS 79
6.3.4. SCORING UND ACHIEVEMENTS 80
6.3.5. RANGLISTEN 80
6.3.6. FEEDBACK 80
6.4. KATEGORIEN DIGITALER SPIELE 81
6.5. ZWECKGEBUNDENE DIGITALE SPIELE 83
6.5.1. GAMIFICATION 83
6.5.2. SERIOUS GAME 84
6.5.3. PERSUASIVE TECHNOLOGY UND PERSUASIVE GAMES 85
6.5.4. ABGRENZUNG DER BEGRIFFE FUER DIESE ARBEIT 86
6.6. PLAYER EXPERIENCE 87
6.7. MECHANIKEN DIGITALER SPIELE ALS TECHNIKEN ZUR INTERVENTION 89
6.7.1. BESONDERE CHARAKTERISTIKEN VON DIGITALEN SPIELEN ALS
KOMMUNIKATIONS- UND
INFORMATIONSMEDIUM 89
6.7.2. TECHNIKEN DIGITALER SPIELE ZUR ERFUELLUNG EINES SEKUNDAEREN ZWECKS
90
6.7.3. EINSATZ VON INTERVENTIONSTECHNIKEN IN VESCHIEDENEN
SPIELKATEGORIEN 93
V
6.8. ENTWURFSPRINZIPIEN FUER ZWECKGEBUNDENE DIGITALE SPIELE 95
6.8.1. GRUNDLEGENDE PRINZIPIEN 95
6.9. EVALUATION EINER SPIELSTUDIE 95
6.9.1. EVALUATION MIT HILFE VON FRAGEBOEGEN 96
6.9.2. FESTLEGUNG DER TEILNEHMERBASIS 97
6.9.3. UNTERSUCHUNG DER PLAYER EXPERIENCE WAEHREND DER ENTWICKLUNGS- UND
SPIEL
PHASE 98
6.9.4. EVALUATION NACH DER SPIELSTUDIE 99
6.10PAZIT 99
7. PROZESSMODELL ZUR ENTWICKLUNG EINES DIGITALEN SPIELS ZUR STEIGERUNG
DER ENERGIE
EFFIZIENZ 101
7.1. ANALYSE TECHNISCHER RANDBEDINGUNGEN 101
7.2. PROBLEM- UND ZIELDEFINITION 101
7.3. ENTWICKLUNG DES SPIEL- UND INTERVENTIONSKONZEPTS 103
7.4. ENTWURF DER SYSTEMARCHITEKTUR 103
7.5. ENTWICKLUNG EINES REGELSYSTEMS 104
7.6. ENTWICKLUNG UND UMSETZUNG DES SPIELS 104
7.7. FAZIT 105
8. KONZEPT FUER EIN DIGITALES SPIEL ZUR STEIGERUNG DER ENERGIEEFFIZIENZ
IN PRIVATEN
HAUSHALTEN 107
8.1. ANALYSE BISHERIGER UMSETZUNGEN SYSTEMINTEGRIERTER SMART METERING
SPIELE 108
8.2. ZIELDEFINITION EINES SYSTEMINTEGRIERTEN SPIELS 110
8.3. ENTWICKLUNG DES SPIEL-UND INTERVENTIONSKONZEPTS 111
8.3.1. BESTIMMUNG DER SPIELKATEGORIE 112
8.3.2. ERGEBNISSE DER QUALITATIVEN ANALYSE 115
8.3.3. KONZEPT FUER EINEN GAMIFICATION-ANSATZ MIT BEGLEITENDEM QUIZ 117
8.3.4. INTERVENTIONSKONZEPT MIT GAMIFICATION-ANSATZ 117
8.3.5. ANFORDERUNGEN AN DIE DATENERHEBUNG 119
8.3.6. FAZIT 120
8.4. ENTWURF DER SYSTEMARCHITEKTUR 120
8.4.1. ENTWURF DES LOKALEN MESSDATENSERVERS AUF BASIS EINES
EINPLATINENCOMPUTERS 121
8.4.2. MOEGLICHE EINSCHRAENKUNGEN ZUR INSTALLATION DER LOKALEN
DATENERFASSUNG . . . 122
8.4.3. DATENUEBERMITTLUNG VON MESSDATENSERVER ZU GAMESERVER 123
8.4.4. KONZEPT FUER LOGGING WICHTIGER SPIELINTERAKTIONEN UND EINES
SOFORT-
FEEDBACK-SYSTEMS 123
8.5. DARSTELLUNG DER SOFTWARE-KOMPONENTEN 124
VI INHALTSVERZEICHNIS
8.6. FAZIT 125
9. ENTWICKLUNG EINES REGEL-UND SCORINGSYSTEMS 127
9.1. DATENERFASSUNG IN DER BENCHMARK-PHASE 127
9.2. FUNDAMENTALE GROESSEN ZUR BEWERTUNG DES ELEKTRISCHEN
ENERGIEVERBRAUCHS 128
9.3. FUNDAMENTALE GROESSEN ZUR BEWERTUNG DES VERBRAUCHS THERMISCHER
ENERGIE 135
9.4. REGELN ZUR BEWERTUNG VON VERBRAUCHSCHARAKTERISTIKEN 139
9.4.1. PROZENTUALE REDUKTION DER LASTPARAMETER 140
9.4.2. REDUKTION DES HEIZGASVERBRAUCHS IM VERGLEICH ZUM
VOIJAHRESVERBRAUCH . . . 141
9.5. MOEGLICHKEITEN DES ENERGIEVERBRAUCHSVERGLEICHS MEHRERER HAUSHALTE
142
9.5.1. VERGLEICH DER PROZENTUALEN REDUKTION DER LASTPARAMETER 142
9.5.2. VERGLEICH DES GESAMTVERBRAUCHS ZU CHARAKTERISTISCHEN
DURCHSCHNITTSWERTEN 143
9.5.3. LASTVERLAGERUNG DURCH DYNAMISCHES NUTZERVERHALTEN 145
9.5.4. TEMPERATURBEREINIGTER UND FLAECHENNORMIERTER HEIZGASVERBRAUCH 146
9.6. MOEGLICHE SKALIERUNGSFAKTOREN FUER DAS SCORING-SYSTEM 147
9.7. DETEKTIERUNG VON ABWESENHEITSTAGEN 147
9.8. ZUSAMMENFASSENDE UEBERSICHT 149
9.8.1. ANFORDERUNG AN DIE EINGANGSDATEN 150
9.8.2. UBERSICHT UEBER ALLE REGELN UND DEREN EINSATZZWECK 150
10. RELATIONALES DATENMODELL ZUR ABBILDUNG DER HAUSHALTSCHARAKTERISTIKEN
153
10.1.WEITERE OPTIONALE ANGABEN ZU NUTZER- UND HAUSHALTSCHARAKTERISTIKEN
153
10.1.1 ZUSAETZLICHE HAUSHALTSCHARAKTERISTIKEN UND GEBAEUDEPARAMETER 153
10.1.2.NUTZUNG VON GERAETEN UND AUSSTATTUNG 154
10.2RELATIONALES DATENMODELL ZUR VERWALTUNG HAUSHALTSBEZOGENER DATEN 154
11. VALIDIERUNG DES REGELSYSTEMS MIT DATEN EINER SMART METERING STUDIE
157
11.1 ALLGEMEINES ZUR DATENBASIS 157
11.2.VORVERARBEITUNG UND DATENHALTUNG IN DATENBANK 158
11.2.1 FEHLERBEREINIGUNG DER SMART METERING DATEN 158
11.3DATENVORAUSWAHL ZUR VALIDIERUNG DER METRIKEN 160
11.4.VALIDIERUNG DES SCORING-SYSTEMS FUER ELEKTRISCHE ENERGIE 161
11.4.1.VALIDIERUNG DES GESAMTVERBRAUCHSVERGLEICHS ZU CHARAKTERISTISCHEN
DURCH
SCHNITTSWERTEN 161
11.4.2.VALIDIERUNG DES VERGLEICHS DER PROZENTUALEN REDUKTION DER
LASTPARAMETER
UND DES BONUS FUER DAUERHAFTE EINSPARUNGEN 162
11.4.3LASTVERSCHIEBUNGS-CHALLENGE 165
11.4.4.VALIDIERUNG DER THERMISCHEN BEWERTUNGSMETRIKEN 166
VII
11.5PAZIT
166
12.SMIG: ENTWURF EINES GAMIFICATION-ANSATZES ZUR VERBESSERUNG
ENERGIEEFFIZIENTEN
VERHALTENS IN PRIVATEN HAUSHALTEN 167
12.1NTWURF DER MANAGERSPIELKOMPONENTE: KAMELRENNEN 167
12.1.1.GRUNDKONZEPT DES KAMELRENNENS 168
12.1.2BERECHNUNG DER CHARAKTERWERTE 169
12.2.UEBERBLICK UEBER DIE SPIELKOMPONENTEN 172
12.3.CHRONOLOGISCHER ABLAUF DES SPIELS 173
12.4.TEILNEHMERAKQUISE, ANMELDUNG UND INSTALLATION 174
12.5.0NBOARDING-PHASE 176
12.5.LEINFUEHRUNG IN DIE STATISTIKEN ZUM GESAMTVERBRAUCH ELEKTRISCHER
ENERGIE . . 176
12.5.2NUTZUNG DER QUIZKOMPONENTE UND DER ENERGIESPARTIPPS 178
12.5.3EINFUEHRUNG IN DIE STATISTIKEN ZUM GESAMTVERBRAUCH FUER GAS 180
12.5.4EINFUEHRUNG IN GRUNDLAST- UND SPITZENLASTSTATISTIKEN FUER
ELEKTRIZITAET 182
12.6.TESTPHASE / SPIELPHASE 184
12.6.LEINFUEHRUNG IN DEN WETTKAMPF 185
12.6.2.WOECHENTLICHE / MONATLICHE CHALLENGES 185
12.6.3.UEBERSICHTSSEIT E 186
12.6.4XAMELRENNEN 187
12.6.5BEGLEITENDES FEEDBACK 188
12.7FAZIT 188
13. ENTWURF EINER SPIELSTUDIE ZUR EVALUATION DES INTERVENTIONSERFOLGS
DES SMIG 189
13.1ABLAUF DER SMIG-STUDIE 189
13.2XOMPONENTEN DER EVALUATION 189
13.3-BENCHMARK-PHASE UND EINLEITENDER FRAGEBOGEN 191
13.4EINTEILUNG IN TEST-UND KONTROLLGRUPPE 191
13.5.UNTERSUCHUNG DER AENDERUNG DES VERBRAUCHSVERHALTENS DURCH ANALYSE
DER SMART
METERING DATEN 192
13.6EWERTUNG DES SCORING SYSTEMS 192
13.7EVALUATION DER VERHALTENSAENDERUNG NACH DER STUDIE 192
13.8PAZIT 193
14.ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 195
14.1 ZUSAMMENFASSUNG 195
14.2AUSBLICK AUF WEITERE VERBESSERUNGEN UND EIN ERWEITERTES SPIELKONZEPT
197
14.2.1.VERBESSERUNG DES SMIG-KONZEPTS 197
VIII INHALTSVERZEICHNIS
14.2.2AUSBLICK AUF EIN ERWEITERTES SPIELKONZEPT 198
14.3ABSCHLIESSENDES FAZIT 199
. ANHANG 221
A.L. EINSPARPOTENZIALE INVESTIVER UND VERHALTENSGESTEUERTER MASSNAHMEN
221
A.2. VERGLEICHSWERTE DES STROMSPIEGELS 226
A.3. EINLEITENDER FRAGEBOGEN 227
A.3.1. HAUSHALTSFRAGEN ALLGEMEIN 227
A.3.2. HAUSHALTSFRAGEN FUER GAS-STUDIE 228
A.3.3. UMWELTBEWUSSTSEIN 228
A.3.4. ALLTAGSHANDLUNGEN - ELEKTRISCHE ENERGIE 230
A.3.5. ALLTAGSHANDLUNGEN - HEIZUNG UND WARMWASSER 231
A.4. ABSCHLIESSENDER FRAGEBOGEN 232
A.4.1. VERHALTENSAENDERUNG UND AENDERUNG DER EINSTELLUNG ZU
ENERGIEEFFIZIENTEM
VERHALTEN 232
A.4.2. BEWERTUNG DER SPIELELEMENTE 233
A.5. BEISPIELRECHNUNGEN 235 |
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