Energieautarkes Messsystem zur Leckortung in erdverlegten Trinkwasserleitungen
Auf einen Blick
- Projektleiter/in : Prof. Andreas Rüst
- Projektteam : Jachen Bernegger, Benjamin Häring, Prof. Dr. Marcel Meli, Andreas Daniel Müller
- Projektstatus : abgeschlossen
- Drittmittelgeber : KTI
- Projektpartner : Gutermann AG, Georg Fischer Piping Systems Ltd.
- Kontaktperson : Andreas Rüst
Beschreibung
Die Verluste der Trinkwasserversorgung liegen weltweit über 30%.
Der absehbare
Wassermangel in vielen Teilen der Welt zwingt zum Handeln. Für eine
flächendeckende
Überwachung des Netzes fehlt eine wartungsfreie und langlebige
Kommunikation, um
Messdaten unterirdisch zu übertragen. Das Projekt hat erfolgreich
den Einsatz von neuen
Low-Energy-Technologien in akustischen Leckortungssystemen geprüft,
um energieautarke
Sensoren und Kommunikationsmittel direkt in unterirdischen
Kunststoffrohrnetzen zu
integrieren.
Die Partner haben im Rahmen des Projektes einen Testknoten mit
vier unterschiedlichen
Radio-Chips entwickelt. Mehrere dieser Testknoten wurden in Tiefen
von einem, zwei und
drei Metern wasserdicht im Erdreich vergraben. Diese Tiefen
entsprechen den heute
üblichen Verlegungstiefen bei Wasserversorgungsleitungen. Während
vier Monaten konnten
Messdaten mit unterschiedlichen Übermittlungsparametern gesammelt
werden. Dabei
konnte insbesondere der Einfluss der Witterung (Feuchtigkeit und
Temperatur) auf die
Übertragung beobachtet werden. Diese Langzeitmessungen haben
gezeigt, dass eine
zuverlässige Kommunikation im Untergrund mit der benötigten
Datenrate möglich ist. Die
Auswertung der Messresultate ergab klare Aussagen zur Auswahl des
geeignetsten Radiochips
und zur Festlegung der konfigurierbaren Parameter.
Die Erfahrungen aus den Langzeitmessungen erlauben heute eine
genauere Einschätzung
des Energiebedarfs für die Kommunikation eines Einzelknotens. Auf
Grund dieser Daten
wurden umfassende Energieberechnungen für verschiedene
Nutzungsszenarien erstellt.
Diese wurden mit Batterieeigenschaften verglichen und zeigen, dass
vom Energiebedarf her
ein autarker Knoten mit einer Lebensdauer von 30 Jahren realistisch
ist. Dafür müssen in
einem nächsten Schritt Verfahren für die Kommunikation innerhalb
eines Netzwerkes
erarbeitet werden, welche den Kommunikationsbedarf eines
unterirdischen Einzelknotens
minimieren.
Die Ergebnisse des Projektes zeigen, dass eine Kombination von
Batterien und Energy
Harvesting einen erfolgsversprechenden Ansatz für die
Energieversorgung darstellt. Dabei
kann der Unterschied zwischen der konstanten Temperatur des
Trinkwassers und der
schwankenden Temperatur des umgebenden Erdreichs ausgenutzt werden.
Für die
Abschätzung dieses Potentials wurde im Rahmen des Projektes ein
Messaufbau für ein
Rohrsytem entwickelt und aufgebaut. Die Abklärungen mit
verschiedenen Batterieherstellern
haben ergeben, dass zuverlässige Aussagen zu Batterielebensdauer
schwierig sind und in
diesem Bereich weitere Untersuchungen und Innovationsschritte nötig
sind.