Zeitschrift EE

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2010-04

Wassermanagement

Abbildung 1: Kompakte Grauwasser-Recycling-Anlage zur Kelleraufstellung inkl. Druckerhöhungsanlage

Die Wiederverwendung von Grauwasser in der Gebäudetechnik erfreut sich einer weltweit stark wachsenden Nachfrage. Die Wiederverwendung von aufbereitetem Abwasser in der Gebäudetechnik hat einen technologisch/qualitativ höheren Anspruch, da das Wasser bei der zweiten Nutzung in unmittelbaren Kontakt mit dem Verbraucher kommt. Der sichere Betrieb von dezentralen Wasseraufbereitungssystemen ist eine wichtige Voraussetzung zur breiten Akzeptanz. Insbesondere Entscheidungsträger und zentrale Wasserversorger und Abwasserentsorger argumentieren mit einer hohen Betriebssicherheit bei permanent überwachten zentralen Ver- und Entsorgungssystemen.

Fernüberwachung von Grauwasser-Recycling-Anlagen - preiswert und wirkungsvoll

Von Christian Wilhelm *

Grauwasser-Recycling-Anlagen dienen der Aufbereitung gering belasteten Abwassers von Duschen und Badewannen und anschließenden Wiederverwendung im Gebäude, beispielsweise zur Toilettenspülung. Insbesondere bei gewerblichen Anwendungen (Hotels, Studentenwohnheime, Sportanlagen usw.) wächst der Bedarf an technischen Lösungen. Die Integration einer ausgereiften Fernüberwachung reduziert die Wartungs- und Betriebskosten und erhöht die Betriebssicherheit und somit die Akzeptanz bei Betreiber und genehmigender Behörde. Demgegenüber darf natürlich nur ein angemessener Mehraufwand an Investition und laufenden Kosten der Überwachung stehen. Bei Hotelbetrieben beispielsweise kommt die Überwachung bereits sehr erfolgreich zum Einsatz. Die Fernüberwachung von Grauwasser-Recycling Anlagen kann unterschiedliche Ziele verfolgen. Die einfachste Fernüberwachung besteht aus einer Fehlermeldung per SMS. In der maximalen Ausbaustufe sind grundsätzliche Änderungen im Prozessablauf – beispielsweise Updates der Steuerungs-Software - aus der Ferne möglich. Als Begleiteffekt kann die Fernüberwachung auch zu Marketing Zwecken genutzt werden. Eine Visualisierung der aktuellen Anlagenparameter und Einsparpotential könnten beispielsweise auf der Internetseite des Betreibers dargestellt werden.
Grundsätzlich muss man bei der Fernüberwachung zwei Ansätze unterscheiden. Der einfache Ansatz gibt nur Informationen nach außen und ermöglicht eine schnelle Fehlerübermittlung und verkürzt Handlungslücken im Falle einer Störung oder überfälliger Wartungsintervalle. Ein Zugriff von außen in die Anlage wäre in diesem Fall nicht möglich. Im erweiterten Ansatz ist ein direkter Online-Zugriff in die Anlage inklusive das externe Ansteuern von Aggregaten etc. möglich. Dem manuellen Anpassen von Prozessparametern bei Grauwasser-Recycling Anlagen kann aus der Erfahrung eine hohe Wichtigkeit beigemessen werden, da der Betrieb der Anlagen sehr individuell vom Verbraucherverhalten abhängt. Die in der Planung angesetzten Verbrauchsdaten – sowohl im Grauwasserzulauf als auch im Klarwasserbedarf – weichen in der Praxis gerne ab. Durch ein Anpassen der Prozessparameter kann die Effizienz der Grauwasser-Recycling Anlage nach der Inbetriebnahme noch gesteigert werden. Die Anforderungen an die Verbindung zwischen der Grauwasser-Recycling Anlage und der Leitstelle beim Hersteller oder dem Serviceanbieter sind bei der Variante mit Onlinezugriff deutlich höher.
Konventionelle, analoge Telefonleitungen, Mobilfunknetz und Internet bieten eine Vielzahl von Optionen um die Verbindung zwischen der Grauwasser-Recycling- Anlage und einer Leitstelle aufzubauen. In Abbildung 2 sind die wesentlichen Varianten dar gestellt. Die analoge Telefonleitung ist die älteste Methode, technische Anlagen zu überwachen. Die Kosten für die zusätzliche Hardware sind hierbei am niedrigsten. Analogmodems sind zwar marktüblich und günstig, aber technologisch auf dem Rückweg, da andere Technologien den Telemetry-Bereich dominieren. Das GSM Modem bedient sich des gängigen Mobilfunknetzes. Die Investitions- und die Betriebskosten bei einem GSM Modem sind grundsätzlich etwas höher. Eine weitere Option eine Verbindung aus der Ferne herzustellen ist das Ethernet Modem. Bei Verfügbarkeit eines Internetzugangs, hat man mittels des Ethernet Modem und einer IP-Adresse von jedem Platz der Welt Zugang über das Internet. Die Kosten für ein Ethernet Modem sind zurzeit noch vergleichbar zu den Kosten eines GSM-Modems. Bei einem verfügbaren Internetzugang sind die Betriebskosten sehr niedrig. Insbesondere auf der Seite der Leitstelle fallen keine zusätzlichen Kosten für Verbindungsaufbau an. Allerdings hat es sich in der Praxis gezeigt, dass insbesondere bei gewerblichen Anwendungen wie beispielsweise in einem Hotel, die Bereitschaft der Netzwerkadministratoren einen Port in Ihrem Netzwerk frei zu schalten nicht vorhanden ist. Obwohl eine Absicherung gegen externen Zugriff in das Netzwerk über die Steuerung der Grauwasser-Recycling Anlage kein größeres Problem darstellt als die generelle Sicherheit im Internet, ist die Toleranz der Administratoren sehr niedrig.
Ziel der Fernüberwachung muss es sein neben den Betriebskosten auch die Wartungskosten zu reduzieren und gleichzeitig die Effizienz der Grauwasser-Recycling Anlagen zu steigern. Das Einsparpotential ist am Beispiel einer Anlage mit einer Tagesleistung von 6.000 Litern täglich im Folgenden exemplarisch gerechnet: Die Anlagenkosten einer Indooranlage auf Grundlage eines Membran-Bioreaktors beträgt ca. 40.000 Euro (Grauwasser-Recycling Anlage inkl. Haustechnik). Die Mehrkosten in der Steuerungs- und Anlagentechnik für dies Anlagengröße betragen ca. 1000 Euro (2,5% der Anlagenkosten). Das jährlicher Einsparpotential bei einem Wasser- und Abwasserpreis von in der Summe 5 Euro unter Berücksichtigung der Betriebskosten beträgt per anno ca. 10.000 Euro. Wartungskosten bezüglich dieses Anlagentyps werden jährlich mit 500 Euro veranschlagt. Die Mehrkosten von ca. 150 € für den Betrieb einer Fernüberwachung können bereits über die Reduzierung der Wartungskosten refinanziert werden. Die Einsparung resultiert beispielsweise aus den verlängerten Wartungszyklen auf Grund genauer Kenntnisse des Zustands der Membranfilteranlage („Maintenance on demand“). Weitere Einsparungen werden über die Effizienzsteigerung der Grauwasser-Recycling Anlage erwartet. Die Einsparung von nur 10% der Betriebskosten können bis zu 200 Euro Kosteneinsparung bringen. Stellt man das Potential den Mehrkosten bei der Investition von nur 1.000 Euro gegenüber, so ist die Fernüberwachung in dieser Form als sehr kosteneffizient einzustufen.

Abbildung 2: Varianten der Fernüberwachung: Einwahlverfahren analog/GSM, Ethernet und GPRS Standleitung

Fallbeispiel: Im Sommer 2007 wurde in einem Hotel mit 60 Zimmern in Doncaster eine Grauwasser-Recycling-Anlage auf der Basis eines Membranbioreaktors (MBR) in Betrieb genommen (Abbildung 3 und Abbildung 4). Ausschließlich das Wasser der Duschen aus den Hotelzimmern wird aufbereitet und zur Toilettenspülung im Hotel wieder verwendet. Im vorliegenden Fallbeispiel musste die Datenübertragung mittels eines GSM-Modems realisiert werden. Die Möglichkeiten der Überwachung sind sehr umfangreich: Fehlermeldungen werden per SMS an Hausmeister, Betreiber, Service-Partner, Hersteller versendet; Datenlogger (2MB) zeichnen Betriebsdaten auf, die zyklisch per Mail versenden werden; externe Aktualisierung der Steuerungssoftware (up-date); externe Fehleranalyse im Betrieb; externe Überwachung von Betriebsstunden, Laufzeiten von Aggregaten und der Filtrationsleistung der MBR. In den ersten 6 Monaten nach der Inbetriebnahme war es auf Grund eines Rückstaus im Abwassersystem zu einem Überstau in den Erdbehältern der Grauwasser-Recycling-Anlage gekommen. Die Störung wurde vom System erkannt und auf Grund der externen Analyse durch den Hersteller konnte das System ohne einen kostenintensiven Service-Einsatz regeneriert und weiter betrieben werden. Auf Grund der guten Erfahrung wurd mit dem Betreiber eine „Bedarfsgerechte Wartung“ vereinbart (maintenance on condition). Beispielsweise durch die Reinigung der Filter zum bestmöglichen Zeitpunkt können die Wartungs- und die Betriebskosten der Anlage effektiv reduziert werden.

Abbildung 3: Membranbioreaktor mit Filtratabzug und einer Aufbereitungsleistung von 3m³ am Tag Quelle: Waterscan Ltd.

Abbildung 4: Grauwasser-Recycling-Anlage in einem 60-Bett-Hotel in Doncaster / UK, Quelle: Waterscan Ltd.

Basierend auf den Erfahrungen mit den oben beschriebenen Konzepten der Datenübermittlung werden die Grauwasser-Recycling Anlagen der Spinflow GmbH mit einem GPRS System ausgerüstet. Diese Technologie ermöglicht den Zugriff vergleichbar dem eines GSM Modems, allerdings via Internet. In Kooperation mit Modemherstellern und Mobilnetzbetreibern wird es möglich, europaweit stabile Verbindung für den optimalen Onlinezugriff zu realisieren. Die laufenden Kosten für die Datenübermittlung werden europaweit inklusive aller Nebenkosten kleiner 10 Euro sein. Betrachtet man zudem die Kostenentwicklung der letzten Jahre bezüglich der Telekommunikation, so ist davon auszugehen, dass die laufenden Kosten noch weiter sinken werden. Eine zentrale Leitstelle stellt dem Betreiber als auch dem Serviceunternehmen und Hersteller spezifische Daten zur Verfügung (Abbildung 5).

Abbildung 5: Einbindung von Betreiber, Service-Partner und Hersteller in ein integriertes Fernüberwachungskonzept

Mit dem Stand der Technik zur Datenübertragung ist es möglich eine sehr kostengünstige und effiziente Überwachung von Grauwasser-Recycling Anlagen zu realisieren. Mittels der Anpassung der Anlagen an das Nutzerverhalten im Betrieb und der Optimierung der Wartungsintervalle (Maintenance on demand) können effektive Betriebskosten eingespart werden. Die so entstehende Überwachungszentrale ist darauf ausgerichtet beliebige Steuerungen mit in das Überwachungstool aufzunehmen. Die Spinflow GmbH hat somit die Option auch bestehende Anlagen aus anderen Bereichen, z. B. der Regenwassernutzung in Zukunft zu überwachen. Damit ist es möglich auch auf dem Sektor der Fernüberwachung den Betreibern eine professionelle Lösung zu bieten.

*) Dr.-Ing. Christian Wilhelm ist Leiter des Geschäftsbereichs Wasseraufbereitungssysteme der Spinflow GmbH. Email: This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. [^]

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