Smart Cities & Regions sind innovative, fortschrittliche und vernetzte Gemeinden, Städte und Stadtregionen, die Menschen und Umwelt in den Mittelpunkt stellen. Sie zeichnen sich durch eine hohe Lebensqualität und einen effizienten Ressourceneinsatz aus.

Dies wird erreicht durch die intelligente Vernetzung von Infrastrukturen mit modernen Technologien und durch die Einbindung von relevanten Akteuren. Dabei werden gesellschaftliche, ökonomische und ökologische Anforderungen berücksichtigt.

Die ZHAW bietet sich als interdisziplinär kompetente Wissenschaftspartnerin für die Entwicklung und Umsetzung von Smart Cities & Regions an, sei dies mit angewandter Forschung & Entwicklung, Dienstleistungen, (Weiter-)Bildungsanlässen oder Events.

• Strategien, Konzepte, Transformationsprozesse, Smart Government
• Akteure, Stakeholdereinbezug, Governance, Innovationsnetzwerke, Startups, Innovationsförderung
• Participative Foresight, Szenarien, Modellierung, (Polysun-) Simulationen, Digitale 3D-Twins von Städten
• Big City Datenanalyse, Visualisierungen, Datenplattformen
• TREES, Regionale Energiesysteme, dezentrale Energiesysteme, smarte Areal- und Quartierentwicklung
• Smart Buildings, Smart Homes, Smarte Quartiere, Integration
• Smart Urban Isles: Vernetzung von Gebäuden, Energieproduktion und -nachfrage, Elektromobilität und Energiespeicherung
• Wärmeverbund, Anergienetz, thermisches Energiemanagement
• Smart Grids, Energiespeicherung, Batterien, Smart Metering
• Lokale Erneuerbare Energien, PV, autonome Solarstromwand
• Smarte Mobilitätssysteme und -lösungen, BiCar, Ladestationen, Verkehrssimulation, Mobility Lab
• Sharing Economy, Car Sharing, Circular Economy, Service Engineering, Ressourcenbilanzierung
• Wireless Systems, Energy Harvesting, LoRa, Internet of Things, Hackathons
• Cloud Computing Lab, Smart Cell Technology
• Digitale Signalverarbeitung, Sensorik, Nachrichtentechnik
• Augmented and Virtual Reality
• Umwelt, Raumentwicklung, Grünraumgestaltung, Smart Roofs

• Panel discussion «Smart and Sustainable Cities», Swiss Innovation FEST, Vancouver 2024
• Schweizer Städte fördern vermehrt Smart City-Aktivitäten, Medienmitteilung 2023
• INUAS-Ringvorlesung «Zukunft urbaner Lebensräume»
• IF08 Smart-City-Partnerschaften, Swiss Green Economy Symposium, Winterthur 2020
• Enhancing citizen participation through serious games in virtual reality, REAL CORP 2019
• Smart Cities in Theorie und Praxis: Szenarien, Strategien und Umsetzungsbeispiele, ZHAW 2017
• Treiber und Barrieren auf dem Weg zu einer Smart City, ZHAW 2016

Für die Mehrheit der kleineren und mittleren Städte und Gemeinden gestaltet sich der Einstieg in das Smart-City-Thema als anspruchsvoll. Während Pionierstädte in den letzten Jahren schon erste Erfahrungen in der Umsetzung von Smart Cities gesammelt haben, brauchen kleinere und mittlere Städte für den Einstieg eine adäquate Unterstützung. Um diesem Bedürfnis zu entsprechen, wurde im Auftrag des Bundesamts für Energie ein Leitfaden in Zusammenarbeit mit einer Begleitgruppe erstellt. Im Leitfaden werden verschiedene Handlungsschritte, Instrumente, Varianten und Praxisbeispiele für die Umsetzung von Smart Cities vorgestellt, aus denen interessierte Städte entsprechend ihren Bedürfnissen auswählen können.

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Als fortschrittliche Energiestadt möchte Winterthur die Aktivitäten für eine nachhaltige Energieversorgung und Stadtentwicklung zusammen mit Partnern aus Wirtschaft und Forschung erweitern. Smart City Winterthur (SCW) ist 2013 an der Schnittstelle der Stadt Winterthur, der ZHAW sowie des Vereins energie bewegt winterthur lanciert worden, um verschiedene Pilotprojekte zu ermöglichen. Seit 2018 wird die Strategie Smart City Winterthur verfolgt, und seit 2019 ist die Fachstelle Smart City der Stadt Winterthur mit ZHAW-Experten besetzt.

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Smart City (SC)-Konzepte gewinnen bei der Energie- und Stadtplanung stark an Bedeutung. Viele umgesetzte SC-Projekte bestätigen, dass ein systematischer, integrativer Ansatz essenziell ist. Bei der Planung solcher Projekte stossen herkömmliche Planungswerkzeuge und Herangehensweisen deshalb oft an ihre Grenzen, wenn sie top-down mit limitierter Interaktion zwischen den Stakeholdern und den verschiedenen Disziplinen durchgeführt sowie kurzfristige Ansätze verwendet werden.

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Regelmässige Umfrage zum Stand der Entwicklung und Trends sowie zu den Bedürfnissen von Städten und Gemeinden in der Schweiz bei ihrer Transformation zu Smart Sustainable Cities & Communities wie auch bei der Umsetzung von Smart-City-Lösungen.

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Das Ziel dieses Leitfadens ist die schrittweise Erarbeitung eines SUI konformen Arealkonzepts. Dabei werden verschiedene Punkte der drei Hauptbereiche Energieplanung, bioklimatisches Design und Management-Plattform erarbeitet, welche am Ende als Guideline für die Vorstudie des Bauprojekts dienen sollen.

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Weltweit wird 40 Prozent der Energie für Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen in Wohngebäuden verbraucht. Dies macht Massnahmen zur Senkung des Primärenergieverbrauchs zu einem attraktiven Ziel. Effiziente Energienutzung erfordert Optimierung sowohl in energetischer als auch entropischer Hinsicht. Ersteres ist im Fokus der meisten heutigen Technologien, dieses Projekt realisiert durch ein innovatives Heizsystem mit modellbasierter Steuerung zusätzlich Gewinne zweiter Art.

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Auf engstem Raum verbinden ZHAW-Forschende Software- und Hardware-Komponenten miteinander, um kostengünstige Sensoren im Kreditkartenformat anbieten zu können. Damit lassen sich in einem smarten Gebäude, z. B. die Raumtemperatur und die Lichtverhältnisse kontrollieren, die Luftqualität überwachen sowie Dinge und Personen in Echtzeit lokalisieren.

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Social Power ist ein gemeinsames Forschungsprojekt der SUPSI und der ZHAW, um eine innovative Spiel-App für Smartphones und Tablets zu entwickeln und zu testen. Dahinter steht die Absicht, Konsument:innen für Energiesparmassnahmen zuhause zu sensibilisieren. Der Forschungsansatz untersucht das Potenzial von sozialen Interaktionen (z. B. gegenseitiger Austausch von Energiespartipps), um mit verschiedenen Spielmechanismen Haushalte zu einer langfristigen Verhaltensänderung im Bereich des nachhaltigen Energiekonsums zu bewegen.

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Das Ziel des Projektes war es, die Sanierungen im Winterthurer Talgutquartier so zu gestalten, dass der Energie‐ und Ressourcenverbrauch reduziert werden. Dazu wurden zusammen mit den Genossenschaften verschiedene technische sowie gemeinschaftsorientierte Massnahmenpakete herausgearbeitet. Die Erkenntnisse sind im Leitfaden «Smarte Quartiere» für Genossenschaften, Arealentwickler und Städte/Gemeinden zusammengefasst.

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Das BICAR verbindet den geringen Flächen- und Kostenbedarf eines Elektrovelos mit dem Funktionsumfang und Komfort eines elektrisch angetriebenen Autos – und erfüllt damit die typischen urbanen Verkehrsbedürfnisse. Hinter dem Namen BICAR steht jedoch nicht nur der Prototyp eines neuen Fahrzeugs. BICAR dient als offene Forschungsplattform, an der Interessierte neue Ideen und Konzepte für eine nachhaltigere urbane Mobilität entwickeln, testen und in der Praxis erproben können.

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In diesem Projekt wurden neue Wege untersucht, wie Arbeit und Leben mit neuen, smarten Transportsystemservices und nachhaltigen Pendelkonzepten kombiniert werden können. Die Mobilität von Arbeitnehmern steigt aufgrund technischer Entwicklungen, Pendeln und einem sich ändernden Arbeitsalltag an. Die Konsequenzen sind vielfältig, denn lange Pendelwege können die Arbeitsproduktivität wie auch die Zeit zur Erholung reduzieren.

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Die Simulation von Personenströmen gewinnt weltweit stark an Bedeutung. Mit den Innovationen dieses Projektes soll die Qualität der Ergebnisse substanziell gesteigert und die Projektbearbeitungsdauer reduziert werden. Es soll neben einer Desktop- neu auch eine Cloud-Computing-Lösung etabliert werden, um Rechenzeiten zu senken und Zusatzdienstleistungen anbieten zu können.

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Ein Vergleich regelmässig wiederkehrender Alltagshandlungen mit dem Energieverbrauch gibt Hinweise darauf, ob Menschen ihre Gewohnheiten ändern. Der Energieverbrauch soll dafür genutzt werden, um bei Unfällen eine professionelle Unterstützung bieten oder bei Veränderungen von Krankheiten früh einschreiten zu können. Gerade bei hochaltrigen Menschen mit kognitiven Einschränkungen könnte diese Methode helfen, die Gesundheit mit einem möglichst geringen technischen Aufwand zu unterstützen und damit die Sicherheit zu erhöhen.

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Die Materialkosten für die Solarpanels machen heute nur noch rund die Hälfte der Gesamtkosten einer Photovoltaikanlage aus. Neben günstigeren Solarpanels sind deshalb neue Konstruktionskonzepte entscheidend für rentable Solarenergieanlagen. Der innovative Ansatz der Firma Light Energy Systems AG besteht darin, die Photovoltaikanlage in Leichtbauweise zu realisieren und zwar so, dass die Photovoltaik-Module, wenn nötig, in ein sicheres Gehäuse eingefahren werden.

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Im Projekt H-DisNet wird eine neue Technologie von Fernwärmenetzen entwickelt, welche die Fernwärme und -kälte mit den Nutzen der Be- und Entfeuchtung kombiniert. Die eigentliche Innovation liegt in der Verwendung von thermochemischen Trägerflüssigkeiten (TCF) anstelle von Wasser. Dies ermöglicht eine verlustfreie Speicherung sowie Transport von Energiepotentialen. Thermische Energie wird erst durch die Aktivierung der TCF mittels Wasser freigesetzt und kann somit punktgenau eingesetzt werden. Dieses System ist in der Lage verschiedene Energiequellen einschliesslich bisher ungenutzter Abwärme sowie Wärmeenergie aus erneuerbaren Quellen auch auf tiefen Temperaturniveaus zu nutzen.

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Drahtlose, energieoptimierte Embedded Systems ermöglichen viele neue Applikationen, Produkte und Dienste. Das damit verbundene transformative Potenzial zeigt sich u. a. beim Internet of Things. Durch die drahtlose Vernetzung einer grossen Anzahl von kleinen und kostengünstigen Embedded Systems lassen sich verteilte, intelligente Anwendungen realisieren. Ein automatisierter Informationsaustausch zwischen diesen Endgeräten erlaubt das Erfassen und Verarbeiten von Daten in grossem Stil und verändert viele Prozesse des täglichen Lebens.

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Identifizierung und Messung von Parametern wie z. B. Temperatur, Druck, Feuchte mit RFID-basierten passiven Sensoren ist im HF und UHF Bereich nur über kurze Distanz möglich. Oft möchte man aber die Messwerte an etwas entfernterem Ort zentral speichern und verarbeiten. Für aktive Sensoren (Batterie) gibt es nun zu RFID eine gleichwertige Alternative unter Verwendung der neuen Bluetooth Low Energy (BTLE) Technologie.

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Dieses Projekt beinhaltet die spielerische Vermittlung von Smart City-Themen in einer High-End Virtual Reality Umgebung. Dazu soll das bereits von der ZHAW entwickelte VR-Spiel «Virtual Energy Hero» zum «Virtual Smart Winti Hero» erweitert werden. Das weiterentwickelte Spiel für Jung und Alt soll aktuelle und zukünftige Smart City-Themen (Energie, Mobilität etc.) aus Winterthur aufnehmen und dabei noch immersiver und interaktiver gestaltet werden. Das Spiel hat das Ziel an öffentlichen Anlässen Menschen zu aktivieren und einen positiven und nachhaltigen Lerneffekt zu erzielen.

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• Institut für Nachhaltige Entwicklung (INE)
• Institut für Angewandte Mathematik und Physik (IAMP)
• Institut für Datenanalyse und Prozessdesign (IDP)
• Institute of Computational Physics (ICP)
• Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE)
• Institute of Embedded Systems (InES)
• Institut für angewandte Informationstechnologie (InIT)
• Institute for Signal Processing and Wireless Communications (ISC)
• Institute of Product Development and Production Technologies (IPP)
• Institut für Innovation und Entrepreneurship (IIE)
• Institut für Facility Management (IFM)
• Institut für Verwaltungs-Management (IVM)
• Institut für Vielfalt und gesellschaftliche Teilhabe (IVGT)
• Institut für Umwelt und Natürliche Ressourcen (IUNR)