Gutermann: Mit Sensorik und IoT Wasserverluste vermeiden

Wasser wird zur immer wertvolleren Ressource. Doch durch defekte Leitungen geht ein Teil davon verloren. Wie eine Lösung von Gutermann und der Telekom hilft, Lecks rasch zu erkennen und zu orten.

Die öffentliche Wasserversorgung verzeichnet weltweit jedes Jahr enorme Verluste. Große Mengen der kostbaren Ressource versickern im Boden, bevor sie bei den Abnehmern aus der Leitung fließen können. Wie hoch die Wasserverluste in einzelnen Ländern und Regionen sind, ist unterschiedlich. Nach Angaben des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU) aus dem Jahr 2020 liegen sie im deutschen Trinkwasserversorgungsnetz bei bis zu zehn Prozent. „Einzelne Versorger beziehungsweise Gemeinden beklagen in Kundengesprächen allerdings höhere Verlustraten von mehr als 20 Prozent. Das hängt vor allem vom Alter und dem Zustand des Leitungsnetzes ab. Und der wird wiederum stark von den klimatischen Bedingungen beeinflusst", sagt Uri Gutermann, CEO des schweizerischen Unternehmens Gutermann, das auf die Leckageortung in Wasserinfrastrukturen spezialisiert ist.

Materialermüdung, hoher Wasserdruck, Umweltereignisse oder Bauarbeiten, bei denen Rohre beschädigt werden, verursachen Leckagen oder Rohrbrüche. Wasser tritt aus, häufig unbemerkt über längere Zeiträume und mit teils verheerenden Folgen. „Die möglichen Schäden an der Leitung, an umliegenden Infrastrukturen sowie für die Umwelt können innerhalb kurzer Zeit sehr groß werden“, sagt Gutermann. Hinzu kommt der Wasserverlust an sich. Daher gilt es, Lecks möglichst früh zu erkennen und zu reparieren. „Der Aufwand, undichte Stellen besonders auf sehr großen wasserführenden Leitungen zu finden, ist ohne spezielle Methoden und Anwendungen der professionellen Leckageortung allerdings sehr hoch“, so Gutermann.

Sein Unternehmen nutzt daherein spezielles Verfahren für die akustische Leckageortung. Dabei werden mithilfe sogenannter Logger Geräuschprofile entlang des Leitungsnetzes erstellt. Die kleinen Sensormodule haften – je nach Rohrleitungsdurchmesser und Werkstoffen –  in Abständen von 50 bis 600 Metern magnetisch an den Metallrohren beziehungsweise sitzen auf den Absperrarmaturen. Sie sind mit Sensoren sowie einem NB-IoT-Funkmodul mit SIM-Karte ausgestattet. Die Sensoren messen täglich die akustischen Signale im Wasser sowie an der Rohrleitung, die Module senden die digitalen Daten via Mobilfunk unmittelbar zur Analyse in die Cloud. Dabei nutzt Gutermann die sogenannte Korrelation: Alle Sensoren messen die Geräusche zum gleichen Zeitpunkt. Bei der anschließenden Analyse werden die Profile nebeneinanderliegender Sensoren miteinander abgeglichen. Umgebungsgeräusche wie der überirdische Straßenverkehr werden herausgefiltert.

„Das Geräusch eines Lecks zwischen nebeneinanderliegenden Sensoren  hat exakt dasselbe Profil, so dass wir es als Leckstelle identifizieren können“, sagt Gutermann. Anhand von Parametern wie der Distanz zwischen den Sensoren, den Materialien, dem Rohrleitungsdurchmesser und der Schallgeschwindigkeit ist eine metergenaue Ortung des Lecks möglich. Die Auswertungen erhalten die Wasserwerke über eine verschlüsselte Verbindung auf eine Google Maps-Benutzeroberfläche im Browser. So können sie ohne weiteren großen Ortungsaufwand und ohne die Straße großflächig aufzureißen die notwendigen Reparaturen anstoßen.

Für die Vernetzung der Logger mit der Cloud setzt Gutermann auf NarrowBand IoT (NB-IoT) und die Zusammenarbeit mit der Deutschen Telekom. Denn dank seiner hohen Gebäudedurchdringung überträgt der Mobilfunkstandard die Daten zuverlässig selbst aus den unterirdischen Leitungsschächten. Die NB-IoT-Module mit den Geräuschloggern können von Gutermann vorprogrammiert und mit Batterien versehen werden. Am Einsatzort sind sie innerhalb weniger Minuten angebracht und funktionsfähig.

Das war nicht immer so. In der Vergangenheit nutzte das Unternehmen andere Übertragungsstandards, die jedoch keine ausreichende Signalstärke für die Übertragung der Messdaten besaßen. Daher installierte Gutermann überirdisch zusätzliche Daten-Gateways. „Diese Module haben wir an Laternenmasten oder anderen vorhandenen Infrastrukturen montiert. Unsere Kunden mussten oft Genehmigungen für die Installation einholen. Und wir mussten für die Montage manchmal sogar mit einem Kran anrücken. Das alles kostete viel Zeit, Arbeitskraft und Geld“, sagt Gutermann.

Mit NB-IoT spart sich das Unternehmen heute das Zweitgerät und den Unterhalt dieses Netzwerks. „Die Skalierbarkeit der NB-IoT-Lösung ist der entscheidende Vorteil: Die Kosten pro Messpunkt sind gefallen, wir brauchen nur noch ein Gerät, keinen Repeater mehr und haben auch keine Montagekosten. Damit ist es deutlich ökonomischer geworden, unsere Lösung großflächig auszurollen. Und dank der internationalen Verfügbarkeit von NB-IoT in den Netzen der Telekom können wir Projekte weltweit umsetzen.“

Etwa in Italien. Hier werden Gutermann und die Telekom künftig die Hauptleitungen des gesamten Rohrnetzes von Acquedotto Pugliese (AQP) mit Geräuschloggern ausstatten. Für den Wasserversorger aus der süditalienischen Region Apulien übernehmen sie mit 20.000 Messpunkten „das bisher größte kontinentaleuropäische Projekt zur akustischen Leckageortung“, so Gutermann.