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Energieautarkes Messsystem zur Leckortung in erdverlegten Trinkwasserleitungen

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 er
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.

Eckdaten

Projektleitung

Projektteam

Jachen Bernegger, Benjamin Häring, Prof. Dr. Marcel Meli, Andreas Daniel Müller

Projektpartner

Gutermann AG; Georg Fischer Rohrleitungssysteme AG

Projektstatus

abgeschlossen, 12/2013 - 09/2014

Institut/Zentrum

Institute of Embedded Systems (InES)

Drittmittelgeber

KTI