Tech-Fokus: Wassertechnologie wird intelligenter

May 02, 2023

Versorgungsunternehmen, die intelligente Wassersysteme installieren, können das Geschehen in Echtzeit beobachten und sich auf die Vorhersagefähigkeiten der Systeme verlassen, um Probleme zu vermeiden, bevor sie auftreten. Foto mit freundlicher Genehmigung der Xylem/Buffalo Sewer Authority

Anfang Dezember 2021 sorgte der Denver International Airport in den USA für Schlagzeilen, nachdem einen Monat vor dem erwarteten Abschluss eines großen Terminalerweiterungsprojekts eine Warmwasserleitung brach. Das kochend heiße Wasser ergoss sich auf die Böden und in die gesamte Flughafenhalle und verursachte einen Schaden von 50 Millionen US-Dollar sowie eine Verzögerung des Projekts um neun Monate.

Während die Ölkatastrophe bei DIA ein dramatisches Beispiel für die Probleme ist, die Wasser an den falschen Orten verursachen kann, handelt es sich dabei nicht um ein Einzelfall, insbesondere bei Bauprojekten. Laut HSB, einem weltweit tätigen Spezialversicherer, sind Wasserschäden die zweithäufigste Schadenursache bei Bauprojekten. Und die Versicherungsprämien sind nur gestiegen.

„Wasserschadenansprüche infolge von Sanitärausfällen machen etwa die Hälfte aller Risikoansprüche von Bauherren aus“, sagt Chris Burns, Präsident von Technical Risk Underwriters (TRU), einem Spezialversicherer für Baurisikoversicherungen. Undichte Wasserhähne, Toiletten, falsch konfigurierte Bewässerungssysteme und fehlerhafte Verarbeitung können zu kleinen Leckagen führen, die, wenn sie nicht schnell aufgefangen werden, zu großen Schäden führen können. „Die Selbstbeteiligung bei Wasserschäden ist heute exponentiell höher als noch vor einigen Jahren“, fügt Burns hinzu. Aus diesem Grund beginnen einige Bau- und Planungsfirmen damit, in ihren Gebäuden intelligente Wassersysteme einzusetzen, um sich gegen steigende Selbstbehalte und Prämienkosten abzusichern.

Seit Jahrzehnten werden intelligente Wassersysteme von Wasser- und Abwasserversorgern eingesetzt, die feststellen möchten, wann Lecks in ihren Systemen auftreten, und die Probleme schnell beheben möchten. Die Sensoren haben zu einer Abfallreduzierung geführt und zu erheblichen finanziellen Einsparungen für die Energieversorger geführt, die sie nutzen.

Laut Branchenquellen ist die intelligente Wassertechnologie – für Wasserversorger oder in Gebäuden – in den letzten fünf Jahren jedoch viel intelligenter geworden. Der rasante Aufstieg der künstlichen Intelligenz und ihrer Fähigkeit, den Wasserverbrauch und andere Muster vorherzusagen, hat in Verbindung mit der Weiterentwicklung der Internet-of-Things-Technologien (IoT) zu einer Explosion kleiner Start-up-Unternehmen geführt, die Lösungen anbieten, um nicht nur Lecks zu beheben, sondern auch zu optimieren Kapitalplanung und -behandlung.

„Es gibt viele tolle Unternehmen, mit denen man zusammenarbeiten kann und die diese unglaublichen neuen Technologien in Betracht ziehen, und es ist schwer, mit allem Schritt zu halten“, sagt Jake Walsh, stellvertretender Chefingenieur für Planung bei San Jose Water in Kalifornien.

Die Fülle an Optionen kann den Entscheidungsträgern den Kopf verdrehen. „Produktgruppen umfassen Tausende von Produkten, Anwendungen und Funktionen“, sagt Tim Braun, Vizepräsident für Unternehmenslösungen bei Xylem, einem Anbieter von intelligenten Wassertechnologien. „Es ist ein sehr fragmentierter Raum. Ich denke, dass es für viele Versorgungsunternehmen verwirrend ist, wie man das alles zusammenfügt.“ Darüber hinaus kommunizieren verschiedene Systeme oft nicht miteinander.

Die Industrieunternehmen hoffen, dass die Integration dieser Systeme es Benutzern ermöglichen wird, die Vorteile gemeinsamer Daten über verschiedene Silos hinweg zu nutzen. Aber der Markt sei noch nicht da, sagt Braun. „Wir haben eine Menge Arbeit vor uns.“

Entwickler und Projektteams müssen Standorte für intelligente Durchflussmesser und Ventile auswählen, damit sie Lecks erkennen und schließen können, bevor sie zu einem Problem werden. Schema mit freundlicher Genehmigung von WINT*Klicken Sie auf das Bild für weitere Details

Die Zahl der Startups, die intelligente Wasserlösungen anbieten, ist wirklich überwältigend. Viele von ihnen nutzen KI, um Muster in Daten aufzudecken, die von strategisch platzierten Durchflussmessern in Gebäuden oder an verschiedenen Standorten in Wasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen und Abwassersystemen gesammelt werden. Änderungen oder Störungen in den Mustern lösen entweder eine Warnung an wichtiges Personal aus oder schließen Wasserventile, damit ein Leck repariert werden kann. Das letztendliche Ziel besteht darin, dass die KI vorhersagt, wann ein Leck wahrscheinlich auftritt, sodass die Bediener die erforderlichen Reparaturen durchführen können, bevor ein Schaden entsteht.

Und es gibt praktische Gründe für Auftragnehmer, solche Technologieinvestitionen in Betracht zu ziehen. WINT Water Intelligence, ein Anbieter von Wassermanagement- und Leckagepräventionstools für Gebäude, gab im April bekannt, dass es eine Partnerschaft mit HSB geschlossen hat, um Baufirmen und Entwicklern, die WINT in ihre Projekte einbauen, eine Deckung von bis zu 250.000 US-Dollar zu bieten.

„Unsere Kunden – sowohl GCs als auch Entwickler – haben Bedenken hinsichtlich der Kosten der Selbstbeteiligung bei Wasserschäden und der möglichen Auswirkungen auf ihr Geschäft geäußert“, sagt Yaron Dycian, Chief Product and Strategy Officer von WINT. „Wenn Wasser in Gebäude eindringt, wird im Durchschnitt ein Viertel des Wassers verschwendet.“

Toll Brothers nutzt die Produkte von WINT seit etwa drei Jahren in Mehrfamilienhäusern und erhält bei TRU einen Rabatt von 10 % auf die Risikoversicherungsprämien für alle Projekte, bei denen WINT-Systeme installiert werden. Nach der Erprobung der Technologie bei einem Mehrfamilienprojekt in Massachusetts beschloss der Immobilienriese, die WINT-Technologie künftig unternehmensweit in Projekte einzubinden.

Matt Windisch, stellvertretender Vizepräsident für Risikomanagement bei Toll Brothers, sagt, dass Toll Brothers als Organisation nicht nur den Wert geringerer Zahlungen für Wasserschäden erkannt hat, sondern auch die damit verbundenen Verzögerungen und Änderungsaufträge während des Bauprozesses. Er erklärt, dass es wichtig ist, diese Smart-Water-Systeme frühzeitig in ein Projekt einzubinden. „Je später man das Konzept in den Designprozess einführt … es bringt wirklich viele potenzielle Probleme mit sich, die sehr vermeidbar sind.“ Er erklärt, dass das Hinzufügen von Elementen zu einem Projektentwurf während der Bauphase zu Änderungsaufträgen oder Fragen bei der Inspektion führen kann. „Das haben wir auf die harte Tour gelernt. Wie alles ist es ein Lernprozess“, sagt Windisch.

Laut Burns von TRU haben sich intelligente Wassertechnologien in nur wenigen Jahren rasant weiterentwickelt. In der Vergangenheit verwendeten Systeme Sensoren, die an der Außenseite von Rohren befestigt wurden. „Die Technologie hat durch den Einsatz von Inline-Sensoren und Fernabsperrventilen große Fortschritte gemacht.“ Diese Entwicklungen hätten sich als bahnbrechend erwiesen, sagt er. TRU verlangt nun von Unternehmen, dass sie als Mindestvoraussetzung für die Übernahme des Risikos für viele ihrer großen Gewerbebauprojekte eine Art Wasserdurchflusserkennungssystem installieren.

Da die Technologien immer ausgereifter werden, werden immer mehr im Bausektor tätige Unternehmen sie in ihre Projekte integrieren, sagt Burns. „Ich glaube, wir sind nur noch wenige Jahre davon entfernt, dass Wasserdurchflusserkennungssysteme zum Industriestandard für große kommerzielle Bauprojekte in den USA werden.“

Intelligente Wassertechnologien sind inzwischen auch bei Wasserversorgern auf dem Radar, auch wenn viele ihre Möglichkeiten noch abwägen. „Viele zukunftsorientierte Versorgungsunternehmen nutzen diese Tools“, sagt Barry Liner, Chief Technical Officer bei der Water Environment Federation. Bei kleineren, finanzschwachen Versorgungsunternehmen ist dies jedoch weniger wahrscheinlich. „Wir sehen die Akzeptanz bei größeren, fortschrittlicheren und innovativeren Versorgungsunternehmen, weil sie über Mitarbeiter verfügen, die sich auf Innovation konzentrieren, Dinge ausprobieren und mit dem, was in der Welt vor sich geht, Schritt halten“, sagt Liner. „Kleinere Versorgungsunternehmen verfügen nicht über die entsprechenden Ressourcen.“

San Jose Water hat eine KI-Lösung zur Überwachung der Leistung von etwa 100 seiner Verbunddurchflussmesser getestet. Verbunddurchflussmesser vereinen sowohl Hoch- als auch Niedrigdurchflussmesser in einem Gerät mit einem Umschaltventil, um Schwankungen basierend auf dem Wasserstand zu bewältigen. „Wir haben herausgefunden, dass das KI-basierte Tool es uns ermöglicht, zu verstehen, wo wir Probleme mit dem auftretenden Crossover hatten … es war für uns ziemlich aufschlussreich“, sagt Walsh. San Jose Water evaluiert derzeit verschiedene KI-Lösungen, die über die Messung hinaus in die Anlagenverwaltung einfließen und unter anderem die Aktivität und den Zustand der Wasserpumpenausrüstung überwachen.

San Jose Water hat in den letzten Jahren verschiedene Vibrations-, Temperatur- und andere Sensoren in seine Pumpausrüstung eingebaut. Es sei jedoch schwierig, umsetzbare Entscheidungen zu treffen, da einzelne Sensoren unterschiedliche Datenströme liefern und diese separat analysiert werden müssten, sagt er. KI-Technologie könnte es einfacher machen, Probleme zu erkennen, noch bevor sie auftreten, fügt er hinzu. „Wir glauben, dass prädiktive Analysen uns helfen werden, ungeplante Pumpen- und Motorausfälle zu reduzieren. Sie werden uns dabei helfen, die Betriebskosten [und] die Treibhausgasemissionen zu senken, die durch weniger Pumpen entstehen.“

Digitale Lösungen können auch zur Optimierung des Geräte- und Chemikalieneinsatzes bei der Behandlung eingesetzt werden. Beispielsweise sind Pump- und Blasanlagen in einer Anlage zur Energierückgewinnung häufig auf Dauerbetrieb ausgelegt. „Aber Sie brauchen diese Forderung möglicherweise nicht immer“, sagt Liner. KI-Tools können maschinelles Lernen nutzen, um den tatsächlichen Bedarf zu erkennen und sich daran anzupassen. Er sagt, dass Versorgungsunternehmen, die KI-Lösungen zur Optimierung der Lufteinblasung einsetzen, durchschnittlich 30 % ihrer Energiekosten einsparen können.

Wasser- und Abwasserversorger stellen fest, dass sie die Kapitalkosten senken können, indem sie intelligente Technologie einsetzen, um den Austausch von Geräten und Infrastruktur zu vermeiden, bevor sie benötigt werden. Foto mit freundlicher Genehmigung von Xylem/Buffalo Sewer Authority

Viele große Ingenieurbüros sind mittlerweile auch als Lösungsanbieter im Smart-Water-Markt tätig. Gregg Kennedy, Vizepräsident der digitalen Wasserplattform bei Jacobs, sagt, dass sich Jacobs zuvor hauptsächlich auf Ingenieur- und Baudienstleistungen konzentriert habe. „Aber mit einigen der Akquisitionen, die wir getätigt haben, und einigen der neuen Produkte, die wir entwickelt oder mitentwickelt haben, verbringen wir jetzt Zeit mit der Vermögensverwaltung und der Betriebsführung mit Versorgungskunden.“

Kennedy fügt hinzu, dass Jacobs in der Lage ist, seine Größe und die gewonnenen Erkenntnisse aus der Arbeit mit verschiedenen Kunden für die Zusammenarbeit mit kleineren Versorgungsunternehmen zu nutzen.

Beispielsweise erbringt Jacobs derzeit Betriebs- und Wartungsdienstleistungen für eine kommunale Abwasseraufbereitungsanlage und ein kombiniertes Abwasserüberlaufsystem für einen kleinen Versorgungsbetrieb in Delaware.

Kleinere Wassersysteme sind laut Kennedy zwar in der Regel nicht ausreichend ausgestattet, können aber manchmal einen Vorteil gegenüber größeren haben, da ihre Systeme weniger komplex sind und weniger Zeit in Anspruch nehmen, um neue Technologien in Betrieb zu nehmen, als bei größeren Systemen. Und Jacobs ist nicht das einzige Unternehmen, das digitale Wasserlösungen anbietet. „Einfach ausgedrückt: Wenn man kein digitales Serviceangebot hat, ist man für Kunden einfach nicht mehr so ​​attraktiv“, sagt Kennedy.

Inmitten dieser Veränderungen haben die größeren Technologieunternehmen auf dem Wassermarkt weiterhin Start-ups aufgefressen, ihre Kapazitäten erweitert und gleichzeitig Skaleneffekte für neue Technologien geschaffen. Xylem gab im Januar einen 7,5-Milliarden-Dollar-Deal zur Übernahme von Evoqua Water Technologies mit Sitz in Pittsburgh, Pennsylvania, bekannt. Die Transaktion war nur die jüngste in einer Reihe von Übernahmen des Unternehmens, zu denen im Jahr 2011 auch der in Valencia (Spanien) ansässige Sensorentwickler Aanderaa Data Instruments und im Jahr 2018 der in South Bend (Indiana) ansässige Anbieter intelligenter Lösungen EmNet gehörten.

Braun von Xylem sagt, dass die Akquisitionen es dem Unternehmen ermöglichen, die Einführung digitaler Technologien im Wassersektor voranzutreiben und einen „One Water“-Ansatz anzubieten.

Normalerweise seien intelligente Wassertechnologien ebenso isoliert wie der Wassersektor selbst, sagt Braun. Da sie von Tarifzahlern und öffentlichen Aufgaben vorangetrieben werden, haben sich öffentliche Wasserversorger lange Zeit nur langsam an Veränderungen angepasst oder waren im Falle kleinerer Versorgungsunternehmen nicht dazu in der Lage. Infolgedessen wurden maßgeschneiderte Tools für verschiedene Funktionen und Abteilungen entwickelt.

„Benötigt wird eine ganzheitlichere Möglichkeit, alle Datenströme abteilungsübergreifend zu betrachten“, sagt Braun. Diese Systeme waren traditionell nicht in der Lage, so miteinander zu kommunizieren, dass Versorgungsunternehmen Doppelarbeit vermeiden könnten. „Ich schwöre, wir hören jede Woche [von Kunden], dass sie ein Single Sign-On wünschen“, bemerkt Braun.

Aber jetzt beginnen Wassertechnologieanbieter, eine stärkere Integration von Daten über verschiedene Versorgungsfunktionen hinweg anzubieten. Durch diese Integration können Versorgungsunternehmen alle ihre Datensätze gleichzeitig einsehen, um ein besseres Verständnis des gesamten Wasserkreislaufs zu erhalten.

Und mit der zunehmenden Einführung integrierter Systeme können Technologieanbieter beginnen, eine stärkere Automatisierung in Betracht zu ziehen. „Wie können wir maschinelles Lernen und KI nutzen, um einige der Aufgaben, die wir bisher erledigt haben und die wir eigentlich nicht mehr manuell erledigen müssten, wirklich zu erledigen?“ fragt Jacobs Kennedy.

Jennifer Baldwin, Leiterin des strategischen Wachstums von Digital OneWater bei Jacobs, fügt hinzu: „Ich denke, unser eigentliches Ziel ist … Wasserversorgern dabei zu helfen, ihre Anlagen effizienter zu modernisieren, ihre gesamte behördliche Berichterstattung zu vervollständigen und alles andere.“ Da sich so viele Betreiber und Mitarbeiter in Versorgungsunternehmen dem Rentenalter nähern, besteht die reale Gefahr, dass institutionelles Wissen verloren geht. Digitale Lösungen können helfen, die kommenden Wissenslücken zu schließen. „Wir sagen nicht, dass die Maschinen bald die Macht übernehmen werden. Aber der Einsatz von maschinellem Lernen und KI kann uns dabei helfen, Entscheidungen schneller zu treffen und Anlagen einfach effizienter zu betreiben.“