April 2019 – SENS

The research project “Smart Water City – intelligent usage of water in municipal structures” (April 2019 – April 2021) in cooperation with the University of Innsbruck, Sensor Network Services GmbH, G. Bernhardt’s Söhne Ges.m.b.H and Dipl.-Ing. Karl Grimm aims to equip the urban water infrastructure with ICT systems.

As a result, cities can be made more efficient and sustainable across systems and municipal benefits can be generated. In addition to the reliable supply of fresh water to the entire community, the urban water infrastructure also guarantees the environmentally tolerable disposal of accumulated wastewater and the safe discharge of rainwater runoff.

As part of the project, SENS is building and operating the LoRaWAN^TM infrastructure, which serves as the basis for the communication of the water meters and development for innovative water management applications.

What are the goals of the “Smart Water City”?

Implementation of a smart urban water infrastructure
Implementation of innovative communication technologies for the interaction of the population, planners and decision-makers
Investigation of the potentials and impacts of civil society interactions with technical water infrastructure (development, multiple use, inspection, maintenance, care)
Implementation of smart, public and private services for more efficient use of water resources (awareness, burden management, error detection and prevention)
Connecting urban elements to positively influence the urban climate and study of the long-term effects (smart rainwater retention and targeted use of rainwater for irrigation)
Smart control and monitoring of green infrastructure
Impact of citizen participation
Determination of life cycle costs
Analyze the use of battery-powered sensors in urban water management

(c) applications “Smart Water City” – University Innsbruck

New innovations in the water management sector

The realization of a smart monitoring and controlling network will increase quality in supply reliability (detection of pipe bursts and leakages as well as contamination) and failure probability (controlling drainage operation in sewer systems). Im addition, because of the holistic approach, new intelligent approaches for the operation as well as new operation and maintenance models as multi-actor partnership can be realized, as for example the “smart rain barrel” concept.

The “smart rain barrels” are real time controllable storage volumes for an innovative rainwater management (retention of stormwater for irrigation purposes) installed at household levels. Through interactions of a multitude of smart rain barrels in an urban area, sewer overflows can be reduced.

Two stage testing approach

In the first step, the existing show- and experimental room “Smart Campus” at the University of Innsbruck is extended to determine the impacts of integrative and cross-system applications. The “Smart Campus“ functions as idealised experimental and demonstration object to show and to experience actors of the urban water cycle the functions, potentials and applications of a smart water city. In the second step, an intelligent water supply system is tested and examined in a less idealized urban area. By using the Eco Plus Park Wiener Neudorf, the potential of an intelligent water supply system is determined under real conditions.

This project is funded by the Climate and Energy Fund and implemented via the program “Smart Cities Demo – Living Urban Innovation 2018” https://www.smartcities.at

Das Forschungsprojekt “Smart Water City – Intelligenter Umgang mit Wasser im kommunalen Gefüge” in Zusammenarbeit mit der Universität Innsbruck (Abteilung Umwelttechnik), Sensor Network Services GmbH, G. Bernhardt’s Söhne Ges.m.b.H und Dipl.-Ing. Karl Grimm stattet erstmalig die urbane Wasserinfrastruktur ganzheitlich mit ICT-Systemen aus. Durch die ermöglichte “Kommunikation” der Wasserzähler, wird eine intelligente real time control (RTC) – online Echtzeitsteuerung ermöglicht. Die Umsetzung einer smarten Überwachung und Steuerung wird einen deutlichen Qualitätsanstieg in Bezug auf die Versorgungssicherheit (Erkennen von Rohrbrüchen und Leckagen sowie Kontaminationen) bzw. Versagenswahrscheinlichkeit (Steuerung Abflussvorgänge im Kanal) bewirken.

SENS errichtet und betreibt im Zuge des Projektes die LoRaWAN^TM-Infrastruktur, welche als Grundlage zur Anwendungsentwicklung für die innovative Wasserbewirtschaftung dient. Weiters sind wir für die technische Anbindung der Sensoren an das Netzwerk zuständig.

Ziele der “Smart Water City”

Implementierung einer smarten, integrativen urbanen Wasserinfrastruktur im erweiterten Stadtgefüge
Umsetzung von innovativen Kommunikationstechnologien für die Interaktion von Bevölkerung, Planer und Entscheidungsträger
Untersuchung der Potentiale und Auswirkungen von Interaktionen der Zivilgesellschaft mit technischer Wasserinfrastruktur (Entwicklung, Mehrfachnutzung, Inspektion, Wartung, Pflege)
Umsetzung von smarten, öffentlichen und privaten Dienstleistungen für eine effizientere Ressourcennutzung (Bewusstseinsbildung, Lastensteuerung, Fehlererkennung und Prävention)
Vernetzung von dezentralen, städtebaulichen Elementen zur positiven Beeinflussung des Stadtklimas und Untersuchung der langfristigen Auswirkungen (smarte Regenwasserretention sowie gezielte Nutzung des Regenwassers zur Bewässerung)
Smarte Steuerung und Überwachung von grüner Infrastruktur
Auswirkung von Bürgerbeteiligungen und ihr Einfluss auf die Praxis und von der Praxis in die Forschung
Ermittlung der Lebenszykluskosten, des kommunalen Mehrwertes und der Klimabilanz von batteriebetriebenen Sensoren in der urbanen Wasserwirtschaft

(c) Anwendungen “Smart Water City” – Universität Innsbruck

Neue Ansätze zur innovativen Wasserbewirtschaftung

Die urbane Wasserinfrastruktur garantiert neben der kontinuierlichen Versorgung der gesamten Kommune mit Frischwasser, auch die umweltgerechte Abführung von anfallenden Schmutzwässern und die sichere Ableitung des Regenwassers. Die einzelnen Systemen werden derzeit noch als getrennte Systeme angesehen. Aufgrund der ganzheitlichen Betrachtungsweise können neue Ansätze für den Betrieb und die intelligente Steuerung umgesetzt und neue Betriebs- und Wartungsmodell als Multi-Akteur-Partnerschaften entwickelt werden, wie zum Beispiel das „smarte Regentonnen“ Konzept.

Die „smarten Regentonnen“ sind ein in Echtzeit kontrollierbares Speichervolumen für eine innovative Regenwasserbewirtschaftung (Rückhalt von Niederschlagswasser für Bewässerungszwecke) die auf Haushaltsebene installiert werden. Durch das Zusammenwirken einer Vielzahl von smarten Regentonnen in einem Siedlungsgebiet können z.B.: Mischwasserüberlastungen ^[1] reduziert werden.

Mehrstufiges Testverfahren

Der Smart Campus (Universitätsgelände der Universität Innsbruck) fungiert als erste Stufe dabei als idealisiertes Experimentier- und Demonstrationsobjekt um jegliche Akteure einen Einblick in Funktionsweise, Potentiale und Möglichkeiten einer Smart Water City aufzuzeigen und zu erleben. In der zweiten Stufe wird die Umsetzung einer smarten Wasserversorgung in der Stadt erprobt und untersucht. Anhand vom Eco Plus Park Wiener Neudorf sollen die Potentiale einer smarten Wasserversorgung unter realen Randbedingungen erschlossen werden.

Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms „Smart Cities Demo – Living Urban Innovation 2018“ durchgeführt https://www.smartcities.at

Projektzeitraum: April 2019 – April 2021

^[1] Beim Mischsystem werden Schmutz- und Regenwasser gemeinsam zur Kläranlage geführt. Das Regenwasser übersteigt die reine Schmutzwassermenge normalerweise bei weitem, was zu großen Schwankungen des Abflusses bei Trocken- oder Regenwetter führt. Die Kanalisation hat die Aufgabe. den Abfluss auf den Wert zu begrenzen, für den die Kläranlage bemessen ist. Über eine Mischwasserentlastung kann die überschüssige Abwassermenge entweder in einen Vorfluter abgegeben oder zwischengespeichert und später weitergeleitet werden. Quelle: https://www.uibk.ac.at/umwelttechnik/teaching/master/da_kleidorfer.pdf S. 1 f.