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Energieautarkes Messsystem zur Leckortung in erdverlegten Trinkwasserleitungen
Auf einen Blick
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.