Droople: Modernste Lösungen für die Einsparung von Wasser und Energie

Im Juni 2021 ging Droople eine Partnerschaft mit dem Labor für eingebettete Systeme (ESL) der School of Engineering und der ALTIS-Gruppe (Wallis) ein, um das gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsprojekt WaSTeLeSS umzusetzen. Das Projekt soll bis 2023 laufen und durch ein fortschrittliches, auf verteilter Intelligenz basierendes Überwachungssystem erhebliche Wassereinsparungen in Gebäuden erzielen.

Das ESL am Institut für Elektrotechnik der EPFL, das von Prof. D. Atienza geleitet wird, deckt ein breites Spektrum an Forschungs-, Lehr- und Technologietransferaktivitäten im Zusammenhang mit der Entwicklung von intelligenten eingebetteten Systemen der nächsten Generation und Objekten des Internets der Dinge (IoT) ab.

Die Einführung dezentraler Wasserüberwachungssysteme am Point-of-Use sollte zahlreiche Vorteile für Immobilieneigentümer, -verwalter und -mieter mit sich bringen. Sie bietet ein großes Potenzial zur Senkung des Wasser- und Energieverbrauchs. Außerdem können die Wartungskosten für Sanitäranlagen, Heiz- und Kühlsysteme minimiert, die CO2-Emissionen verringert und Gebäude dank der Lokalisierung von Wasserlecks auf der letzten Meile des Wassernetzes vor möglichen Wasserschäden geschützt werden.

Bahnbrechende Funktionen für eingebettete Geräte mit extrem niedrigem Stromverbrauch

Droople wurde mit der Vision gegründet, das Smart Grid für Wasser zu realisieren. Der Weltwasserentwicklungsbericht der Vereinten Nationen aus dem Jahr 2018 besagt, dass bis 2050 fast 6 Milliarden Menschen unter der Knappheit von sauberem Wasser leiden werden. Um jeden Tropfen dieser kostbaren Ressource zu retten, bietet Droople eine komplette Wasserintelligenzlösung am Ort der Nutzung an. Sie ermöglicht die Fernüberwachung und konditionsbasierte Wartung aller wasserbetriebenen Anlagen.

Das WaSTeLeSS-Projekt wurde ins Leben gerufen, um die Beschränkungen der derzeit bei der Überwachung des Wassernetzes verwendeten eingebetteten Computerarchitekturen zu überwinden. Derzeit erfassen die Messgeräte Daten aus physikalischen oder chemischen Prozessen und übermitteln sie an die Cloud, wo sie mit fortschrittlichen Datenanalysetechniken verarbeitet werden. Die Verarbeitung und Analyse erfolgt jedoch nicht direkt auf den Messgeräten, was die Reaktionszeit des Systems einschränkt und einen erheblichen Energieaufwand für die Datenübertragung an die Cloud bedeuten kann.

Daher wird die bahnbrechende Zusammenarbeit zwischen Droople und der EPFL-ESL den Bereich der KI-fähigen eingebetteten Geräte mit ultraniedrigem Stromverbrauch vorantreiben und durch den Einsatz von Edge AI Computing bahnbrechende Fähigkeiten sowohl für die Hardware- als auch die Software-Ebene bieten. Die Einführung der Mesh-Sensornetzwerk-Architektur wird eine massive Synchronisierung der Fähigkeiten des maschinellen Lernens zwischen den Netzwerkknoten ermöglichen. Sie wird auch den Wissensaustausch zwischen den gesamten Mesh-Netzwerken intelligenter Sensoren über föderiertes maschinelles Lernen und ein neues Fog-Computing-Systemdesign erleichtern.

Die Partner wollen die vielen Vorteile nutzen, die Edge Computing und föderiertes Lernen bieten. Durch die Ermöglichung eines dezentralen Entscheidungsprozesses und der Cloud-Autonomie intelligenter Geräte kann beispielsweise die grundlegende Reaktionszeit von Sensoren bei möglichen Wasserlecks oder Problemen im Wassernetz drastisch verbessert werden. Darüber hinaus kann der Energieverbrauch für die Kommunikation zwischen dem Gerät und der Cloud um das 10- bis 50-fache gesenkt werden, und die angestrebte Lebensdauer des Geräts kann auf bis zu 10 Jahre verlängert werden.

Tests für den Einsatz in großem Maßstab

Die Umsetzung der neuen Lösung erfolgt in Zusammenarbeit mit der ALTIS Group, dem Wasser- und Energieversorger der Region Verbier im Wallis. Die ALTIS-Gruppe wird ihre Unterstützung bei der technischen Umsetzung anbieten, einschließlich der Installation, der Hardware- und Cloud-Konfiguration usw. Darüber hinaus ist eine Reihe von Pilotprojekten in verschiedenen Bereichen geplant, z. B. in Gewerbe-, Wohn- und Industriegebäuden. Ziel ist es, die neue Generation der Droople-Plattform in einer realen Umgebung zu testen und zu validieren, um sie anschließend in großem Maßstab einzusetzen.

Der Hauptvorteil dieser innovativen Zusammenarbeit besteht darin, eine verschwenderische und nachhaltige Wassernutzung bei allen menschlichen Aktivitäten zu ermöglichen. Durch die Überwachung und Vorhersage des Warmwasserbedarfs (ca. 30 % des gesamten Wasserverbrauchs) wird die neue Wassermanagementplattform Energieeinsparungspotenziale und die Überwachung von Wasserstagnation an jedem beliebigen Punkt der Nutzung ermöglichen, was zu einer Verringerung der CO2-Emissionen führt. Die durch die verbrauchsabhängige Abrechnung gebotene Transparenz wird bei gemeinsam genutzten Gebäuden schätzungsweise zu einer durchschnittlichen Wassereinsparung von 19 % führen, während die Lokalisierung von Leckagen den Wert der Immobilien schützen wird. Diese bemerkenswerte Forschungs- und Industriepartnerschaft hat vor allem das gemeinsame Ziel, durch Spitzenforschung und Technologieentwicklung zur Lösung der globalen Wasserkrise beizutragen.

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