Smart Water City – intelligenter Umgang mit Wasser im kommunalen Gefüge

Die urbane Wasserinfrastruktur garantiert neben der kontinuierlichen Versorgung der gesamten Bevölkerung mit Frischwasser, auch die umweltgerechte Abführung von anfallenden Schmutzwässern und die sichere Ableitung des Regenwassers.

Ein modernes Konzept für Wasserinfrastruktur bewegt sich dabei weg von traditionellen, zentralen Ansätzen (bspw. Kanalisation) hin zu dezentralen, öffentlichen Lösungen für eine Behandlung Vorort (bspw. Rain Gardens) und schafft die Möglichkeit einer Mehrfachnutzung und somit einen kommunalen Mehrwert.

In der Vision einer „Smart Water City“ ist eine erfolgreiche Interaktion mit der Stadtbevölkerung als auch die gezielte Einbindung der Bürger grundlegend und durch den Übergang zu dezentralen, öffentlichen Lösungen in der Kombination mit dem Internet of Things (IoT) Konzept erstmals möglich.

Ausgangssituation

Der Erfolg von „Smart Cities“ basiert vor allem auf dem Einsatz verschiedenster Informations- und Kommunikationstechnologien (ICT) im Zusammenspiel mit der Zivilgesellschaft. Dadurch können Städte systemübergreifend effizienter und nachhaltiger gestaltet werden, sämtliche Infrastruktursysteme und deren Interaktionen mit der Bevölkerung sind gleichermaßen involviert. Die urbane Wasserinfrastruktur garantiert neben der Versorgung einer Kommune mit Frischwasser, auch die umweltgerechte Abführung von Schmutzwässern und die sichere Ableitung des Regenwassers. Auch wenn Echtzeitsteuerungssysteme bereits in Ansätzen zu finden sind, werden Wasserversorgungsystem und Siedlungsentwässerung noch als getrennte Systeme angesehen. Zudem ist der Einsatz von ICT in der Wasserinfrastruktur meist nur in grundlagenorientierten Forschungsprojekten und idealisierten Randbedingungen belegt. Dies hat zur Folge, dass eine globale Optimierung der Wasserströme während des Betriebs der Wasserinfrastruktur einer Stadt derzeit kaum möglich ist. Ein modernes, integratives Konzept für die Wasserinfrastruktur bewegt sich weg von diesen traditionellen, zentralen Ansätzen hin zu dezentralen, öffentlichen Lösungen für eine Behandlung vor Ort, welche einen zusätzlichen kommunalen Mehrwert generiert (technologisch, sozial, ökologisch). Für die Umsetzung solch dezentraler Anlagen bedarf es neuer Ansätze, welche zum Teil auch erst aus Erfahrungen von bestehenden Pilotanlagen generiert werden müssen.

Ziele & Ergebnisse

Das Ziel dieses kooperativen F&E - Projektes ist nicht nur eine „Smart Water City“, sondern auch die Auswirkungen einer vernetzten Wasserinfrastruktur auf die Zivilgesellschaft und umgekehrt zu untersuchen. Aufbauend auf das bestehende Messnetzwerk am Universitätsgelände der Universität Innsbruck (Smart Campus) und am Industriepark Eco Plus besteht nun die Herausforderungen innovative Dienstleistungen für die Akteure des urbanen Umfelds zu erproben sowie die ökologischen und sozialen Auswirkungen und den kommunalen Mehrwert zu bestimmen

Zusammenfassend können die Ziele durch folgende Punkte beschrieben werden:

  • Innovation einer smarten, integrativen urbanen Wasserinfrastruktur im erweiterten Stadtgefüge implementieren, erproben und kommunalen Mehrwert aufzeigen
  • 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 (Bürger Eigeninitiativen)
  • Ermittlung der Lebenszykluskosten, des kommunalen Mehrwertes und der Klimabilanz von batteriebetriebenen Sensoren in der urbanen Wasserwirtschaft

Innovation

Im Projekt „Smart Water City“ wird erstmalig die urbane Wasserinfrastruktur ganzheitlich mit ICT Systemen ausgestattet; mit dem Zweck einer intelligenten real time control (RTC) – online Echtzeitsteuerung. Dazu zählen sowohl die Wasserversorgung als auch die Siedlungsentwässerung sowie die Interaktionen von Endverbrauchern mit den Betreibern. 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.

Aufgrund der ganzheitlichen Betrachtungsweise können neue Ansätze für den Betrieb und intelligente Steuerung umgesetzt werden und neue Betriebs- und Wartungsmodelle 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 reduziert werden. Zudem können durch die ganzheitliche Betrachtungsweise auch die negativen Auswirkungen einer smarten Wasserinfrastruktur untersucht (z.B.: batteriebetriebene Sensoren) werden, wodurch Aussagen über den kommunalen Mehrwert gemacht werden können.

Damit die Maßnahmen einer smarten Wasserinfrastruktur von der Bevölkerung mitgetragen werden, ist eine vermehrte Einbindung der Bevölkerung in den Betrieb der urbanen Wasserinfrastruktur notwendig. Beispielsweise wird dies durch eine umfassende Information der Bevölkerung über die Funktionsweise der urbanen Wasserinfrastruktur erreicht sowie dass die Bevölkerung die Infrastrukturbetreiber über aktuelle Probleme im Leitungsnetz informieren kann.

Forschungsergebnisse in die Praxis überleiten

Im Projekt werden thematisch übergreifende Innovationen in insgesamt drei Aktionsfelder (Warenströme und Dienstleistungen, Stadtökologie und Klimawandelanpassung, Kommunikation und Vernetzung) bearbeitet. Umgesetzt werden die Innovationen anhand des Showroom Smart Campus, wodurch zum einen eine Vielzahl an Akteure (Studenten, MitarbeiterInnen, Immobiliengesellschaft, Hausverwaltung, PlanerInnen, …) mitwirken und anderseits die Innovationen auf ihre Praxistauglichkeit überprüft werden können.

Stadt als Testbed nutzen

Die bereits im Showroom Smart Campus erprobten Anwendungen für eine intelligente Trinkwasserversorgung werden anhand des Experimentierraums Stadt (Eco Plus Park Wiener Neustadt) in einem realen urbanen Umfeld erprobt. Wesentlich ist die Umsetzung von praxistauglichen Maßnahmen um eine intelligente Wasserversorgung auch auf größere Umsetzungsgebiete (z.B.: Gemeinden, Städte) erweitern zu können.

Kommunalen Mehrwert erzeugen

Aufbauend auf den Ergebnissen und Erfahrungen des Showrooms „Smart Campus“, des Experimentierraums Stadt und zahlreichen Simulationen können kurz-, mittel- und langfristige Auswirkungen und der Mehrwert der umgesetzten Lösungen auf die Errichtung und Erhaltung der kommunalen Infrastruktur ermittelt werden. Zusammen mit Lebenszyklusbetrachtungen und der Aufstellung einer Klimabilanz kann die ökologische, soziale und ökonomische Nachhaltigkeit einer urbanen Wasserinfrastruktur ermittelt werden.

Summary

The success of "Smart Cities" is based on the use of various information and communication technologies (ICT) in interaction with the society. 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.

This is primarily achieved with traditional, central concepts (so-called gray infrastructure with often hidden solutions, e.g. sewer systems). A modern, integrated approach to water infrastructure moves away from these traditional, centralized approaches to decentralized, public solutions for a city. In the vision of a "Smart Water City" a successful interaction with the urban population as well as the involvement of the citizens is fundamental.

The aim of this project is not only to investigate a "Smart Water City", but also the impact of a networked water infrastructure on civil society and vice versa. The project has access to an existing measuring network at the University of Innsbruck (Smart Campus) and at the Eco Plus industrial park. The challenges are now to test innovative services for different actors of the urban environment determining their ecological and social impacts and the municipal added value of smart infrastructure.

Due to the holistic approach, new approaches for operation and intelligent control can be implemented and new operation and maintenance models can be developed as multi-actor partnerships, such as the "smart rain barrel" concept. The "smart rain barrels" are a real-time controllable storage volume for innovative rainwater management (retention of rainwater for irrigation purposes) installed at household level. Through the interaction of a large number of smart rainwater barrels in a urban area, e.g.: mixed water overloads can be reduced.

Zuletzt aktualisiert am 11/10/2020

Projektdaten – Umsetzungsprojekt im 10. Call

Projektstart: 01.04.2019
Projektende: 30.09.2021
Genehmigte Förderung: € 130.818
Genehmigte Projektgesamtkosten: € 239.489

Konsortium

Universität Innsbruck - Institut für Infrastruktur (Konsortialführer)
G. BERNHARDT’ Söhne Ges.m.b.H.
Sensor Network Services GmbH
DI Karl Grimm

Projektergebnisse

Ansprechpersonen

Projektleitung Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Robert Sitzenfrei Universität Innsbruck - Institut für Infrastruktur +43 (0) 512 507 - 62195 E-Mail
Programm-Management Klima- und Energiefonds Mag. Heinz Buschmann, MSc +43 (0)1 585 03 90 E-Mail