Droople: innovative Lösungen für den Wasser- und Energieeinsparung

Im Juni 2021 ging die „ Droople “ eine Partnerschaft mit dem Embedded Systems Laboratory (ESL) der Fakultät für Ingenieurwissenschaften und der ALTIS-Gruppe (Wallis) ein, um das gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsprojekt „WaSTeLeSS“ umzusetzen. Das Projekt soll bis 2023 laufen und durch ein fortschrittliches Überwachungssystem auf Basis dezentraler Intelligenz 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. Tatsächlich heißt es im Weltwasserentwicklungsbericht der Vereinten Nationen aus dem Jahr 2018, dass bis 2050 fast 6 Milliarden Menschen unter einem Mangel an sauberem Wasser leiden werden. Um jeden Tropfen dieser kostbaren Ressource zu sparen, bietet Droople eine umfassende „Water Intelligence“-Lösung am Verbrauchsort an. Sie ermöglicht die Fernüberwachung und zustandsbasierte 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 extrem geringem Energiebedarf vorantreiben und durch den Einsatz von Edge-KI-Computing sowohl auf der Hardware- als auch auf der Softwareebene bahnbrechende Möglichkeiten eröffnen. Die Einführung der Mesh-Sensornetzwerkarchitektur wird eine umfassende Synchronisation der Machine-Learning-Fähigkeiten zwischen den Netzwerkknoten ermöglichen. Außerdem wird sie den Wissensaustausch innerhalb der gesamten Mesh-Netzwerke intelligenter Sensoren durch föderiertes Machine Learning 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 neuartigen 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 leisten, einschließlich Sanitärinstallationen, Hardware und Cloud-Konfiguration usw. Darüber hinaus ist eine Reihe von Pilotprojekten in verschiedenen Kontexten geplant, beispielsweise in gewerblichen, privaten und industriellen Gebäudeinfrastrukturen. Ziel ist es, die neue Generation der Plattform „ Droople “ in der Praxis zu testen und zu validieren, um anschließend eine großflächige Einführung zu ermöglichen.

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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