Kommunale Wärmeplanung

UrbanHeatDataAI

Technologie-Reifegrad TRL 6
Anwendungsfeld Rechenzentren
Komplexität
Wirkung
Machbarkeit

Die technische Grundlage des Use Case ist eine Kombination aus Urban Building Energy Modelling (UBEM), Geoinformationssystemen und KI Methoden. UBEM Modelle sagen Energieverbrauch und Wärmebedarf von Gebäuden auf Stadt oder Quartiersebene voraus. Da viele Kommunen keine vollständigen und aktuellen Gebäudedaten besitzen, werden KI Modelle zur Datenanreicherung eingesetzt. Deep Learning Modelle analysieren Luftbilder und Street View Bilder, um Gebäudemerkmale wie Fassadenmaterial, Fensteranteil, Geschosszahl und Baualter zu extrahieren. Studien zeigen, dass sich Baujahr und Energieeffizienzklassen von Wohngebäuden mit Machine Learning aus Bildmaterial und Energieausweisen abschätzen lassen.
Diese Merkmale werden mit Katasterdaten und Nutzungstypen kombiniert, um typische Gebäudekategorien und U Werte abzuleiten. Machine Learning Modelle wie Gradient Boosting oder Random Forest schätzen daraus Heizwärmebedarf, Lastprofile und CO₂ Emissionen oder kalibrieren physikalische UBEM Modelle. Neuere Arbeiten nutzen hybride Ansätze, bei denen ML die Restfehler physikalischer Simulationen korrigiert und die Genauigkeit verbessert.
Die Datenanforderungen umfassen georeferenzierte Gebäudepolygone, Nutzungskataster, hoch aufgelöste Luftbilder und Street View Daten sowie, wenn verfügbar, Energieausweise oder Verbrauchsdaten. Typische Formate sind Shapefiles, GeoPackages, Rasterdaten, Punktwolken und tabellarische Daten. Die Hardwareanforderungen reichen von GPU fähigen Server oder Cloud Instanzen für das Training der Computer Vision Modelle bis zu Standardservern für Routineprognosen, Kartenberechnung und Aktualisierung der Gebäudedaten.
Der Energieverbrauch der KI Modelle entsteht überwiegend in der Trainingsphase. Im laufenden Betrieb beschränkt sich die Rechenlast auf periodische Aktualisierung und Auswertung, was bei moderner Server oder Cloud Infrastruktur als moderat gilt.

Praktischer Nutzen der KI-Technologie
Erzeugung flächendeckender Wärmebedarfs und Gebäudedatenkarten für ganze Städte Identifikation von Gebieten mit hohen Nachfragedichten und Sanierungsschwerpunkten Bessere Kopplung von Sanierungsstrategien und klimaneutraler Wärmeversorgung Unterstützung kommunaler Wärmepläne und Dekarbonisierungsstrategien nach EED III und nationalen Wärmeplanungsgesetzen

Anwender
Städte, Gemeinden, kommunale Wärmeplaner, Energie und Klimaschutzabteilungen, Energieagenturen

Gebiet
Österreich, EU, Nicht-EU

KI-Technologie
KI-gestützte Bild- und Videoanalyse, Bilderkennung/Visuelle Inspektion

Datenkomplexität
Hoch

Energieverbrauch & Kosten Projektlaufzeit
Mittel

Rechtlicher Rahmen / Data Governance
EU-DSVGO, KI-VO, EEffG, EWG, EPBD Recast, IWG

Übertragbarkeit
Gegeben

Implementierungsstrategie
Der Use Case ist organisatorisch in kommunale Wärme oder Energieplanungsprojekte eingebettet und wird häufig als Teil eines digitalen Wärmeplans oder eines städtischen Digitalisierungsprogramms umgesetzt. Beteiligt sind Fachabteilungen für Energie und Klimaschutz, GIS und Statistik, IT sowie externe Forschungs- und Technologiepartner, die UBEM Tools, KI Module oder Fernerkundungsdaten bereitstellen. Verwendet werden Urban Energy Tools wie City Energy Analyst oder vergleichbare UBEM Plattformen sowie ML Pipelines auf Python Basis. Bei der IT Strategie bestehen zwei Ansätze. Erstens Standardsoftware oder Cloud Dienste mit vorhandenen UBEM Funktionen, die um KI Module ergänzt werden. Zweitens individuelle KI Lösungen, bei denen Modelle auf lokalen Trainingsdaten aufgebaut werden. In beiden Fällen ist zwischen in house Datenhaltung und Cloud Infrastruktur zu entscheiden. Data Governance betrifft vor allem Datenschutz und Transparenz. Technische Geodaten sind meist unkritisch, bei Street View oder Drohnenbildern müssen jedoch Personen oder Kennzeichen anonymisiert werden. Der EU AI Act ist relevant, Systeme zur Analyse und Planungsunterstützung gelten jedoch nicht als Hochrisiko, müssen aber Zweckbindung und Nachvollziehbarkeit sicherstellen. Ein typisches Vorgehen umfasst ein Datenaudit, die Entwicklung eines UBEM Prototyps für ein Pilotgebiet und anschließend den Rollout auf die gesamte Stadt. Die KI Modelle können schrittweise verbessert werden, wenn weitere Trainingsdaten wie Energieausweise oder Messdaten verfügbar werden. Somit können Kommunen mit begrenzter Datengrundlage starten und das System iterativ ausbauen.

Lessons Learned
Die Risiken und Herausforderungen sind insgesamt als mittel einzustufen. Hauptthemen sind Datenlücken, heterogene Datenquellen sowie unvollständige Gebäude- und Energiedaten; Studien weisen darauf hin, dass insbesondere Datenqualität und die Verfügbarkeit von Energieausweisen maßgeblich für verlässliche Modelle sind. Die zu erwartende positive Wirkung ist hingegen hoch: Kommunen erhalten belastbare Wärmebedarfs- und Potenzialkarten, die den Ausbau von Fern- und Nahwärmenetzen, die Entwicklung von Sanierungsstrategien und den Einsatz erneuerbarer Wärme deutlich unterstützen und damit zur Dekarbonisierung beitragen. Erfolgsentscheidend sind eine solide Datenbasis, die frühzeitige Einbindung von GIS- und IT-Kompetenzen, Kooperationen mit Forschungseinrichtungen und spezialisierten Dienstleistern sowie eine klare Governance für Datenpflege und Aktualisierung. Die Übertragbarkeit ist hoch, weil die Methoden in unterschiedlichen Kommunen eingesetzt werden können, sofern grundlegende Geodaten verfügbar sind. Eine nachhaltige Nutzung ist möglich, wenn eigene Trainings- und Messdaten aufgebaut und die Datengrundlagen regelmäßig aktualisiert werden – das reduziert Abhängigkeiten und erhöht die Modellgenauigkeit.