Beschreibung
Eindeutige Belege für Techniken zur Regenwassernutzung reichen bis vor fast 4000 Jahren zurück. Allerdings könnte das Konzept der Regenwassernutzung im alten China fast 6000 Jahre zurückliegen(Che-Ani et al., 2009). Es ist offensichtlich, dass die Regenwassernutzung ein Teil der menschlichen Geschichte und Identität ist. Mit der Modernisierung und der massiven Verstädterung ist die Regenwassernutzung nun Teil der städtischen Identität geworden. Um die Effizienz zu steigern, wird in führenden Städten das Konzept der intelligenten Regenwassernutzung eingeführt. Smart Rainwater Harvesting zeichnet sich durch die Erfassung von Echtzeitdaten über Sensoren in Wasserquellen, Sammelphasen, Speicherphasen und Anwendungsphasen aus (Behdazian et al., 2018). Die Daten werden in einer zentralisierten Datenerfassungseinheit gesammelt, wo sie überwacht und verarbeitet werden. Die verarbeiteten Daten werden dann verwendet, um Entscheidungen zu treffen und sich an bestimmte Umstände anzupassen.
Intelligente Regenwassernutzungssysteme können durch automatisierte Methoden das Regenwasser vor dem Auftreten von Niederschlägen ablassen, um die Wasserspeicher zu vergrößern(Behdazian et al., 2018). Das Hauptziel von Regenwassernutzungssystemen ist das Sammeln und Speichern von Regenwasser während Niederschlagsereignissen zur Verwendung für Nicht-Trinkwasseranwendungen(Pradhan & Sahoo, 2019). Der intelligente Teil dieses Konzepts besteht in der Entwicklung von kommunizierenden Anlagen, die in das Gesamtsystem integriert sind(Xu et al., 2020). Das System nutzt kostengünstige Sensoren in Kombination mit innovativen Kommunikationstechnologien. Der technologische Schwerpunkt ermöglicht mehrere neue Möglichkeiten für die Verwaltung der städtischen Wasserinfrastruktur im Rahmen einer intelligenten Stadt. Die Leistung des Systems hängt stark von der Qualität der Wettervorhersage ab und ist mit ihr verknüpft. Die Niederschlagsmenge und die Niederschlagsmuster werden in die Steuerungsstrategie integriert, um die Abflussmenge bzw. die Schließzeit zu bestimmen(Pradhan & Sahoo, 2019).
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Vorteile
Der Nutzen zeigt greifbar, wie die Umsetzung einer Lösung die Stadt oder den Ort verbessern kann.
Wichtigste Vorteile
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Verbesserung der Effizienz der Wassergewinnung in Städten
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Antizipieren Sie wasserbedingte Naturkatastrophen
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Sammeln wertvoller Daten und Echtzeitinformationen
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Vorhersage auf der Grundlage nützlicher Daten
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Erkenntnisse, die für eine Vielzahl von Sektoren nützlich sind
Funktionen
Funktionen helfen Ihnen zu verstehen, was die Produkte für Sie tun können und welche Ihnen helfen werden, Ihre Ziele zu erreichen.
Jede Lösung hat mindestens eine Hauptfunktion, die zum Erreichen des grundlegenden Zwecks der Lösung erforderlich ist, und mehrere Zusatzfunktionen, die hinzugefügt werden können, um zusätzliche Vorteile zu bieten.
Hauptfunktionen
Verbinden Sie unabhängige Werkzeuge für die Regenwassernutzung
Steigern Sie die Effizienz und den Einsatz von Regenwassersammelsystemen in der Stadt.
Bieten Sie ein Zentrum für Datensammlung und -analyse
Dieses System muss mit den Erntemaschinen und Sensoren verbunden werden können.
Bieten Sie eine verbesserte Kette für die Regenwassernutzung
Ausgleich von Ungleichheiten bei der Wassergewinnung zwischen dem System, effizienter Wasserspeicherung und robuster Wasserverteilung.
Adresse physikalische und chemische Wasserverschmutzung
Sensorsysteme senden live Informationen über die Wasserqualität an das Datenanalysezentrum.
Zusatzfunktionen
Verwenden Sie in großen Mengen für die Landwirtschaft, die Fertigung und die Energieerzeugung
Aufgefangenes Regenwasser, das in solchen Industrien verwendet wird, spart eine beträchtliche Menge an Frischwasserentnahme.
Implementieren Sie Leckagekontrolle
Intelligente Erntesysteme antizipieren physische Systemprobleme und stellen das Problem im Analysezentrum dar.
Praxis Überwachung der Regenwassernutzung
Die Überwachung und Auswertung von Daten aus solchen Systemen hat ein grenzenloses Nutzungspotenzial in zahlreichen Bereichen.
Varianten
Eine Variante ist im Allgemeinen etwas, das sich von anderen ähnlichen Dingen leicht unterscheidet. Im Zusammenhang mit Lösungen sind Varianten verschiedene Optionen oder möglicherweise Teilbereiche/Abzweigungen, mit denen die Lösung umgesetzt werden kann, z.B. verschiedene technologische Optionen.
Bei der intelligenten Regenwassernutzung gibt es keine unterschiedlichen strukturellen Varianten. Das bedeutet, dass das Hauptkonzept der Nutzung von Daten, der Vernetzung und der Messung von Erntemethoden in verschiedenen Städten gleich bleibt. Der Kontext ist ein besonders wichtiger Faktor, wenn es um intelligente Regenwassernutzung geht, denn verschiedene Städte haben einzigartige Bedürfnisse und unterschiedliche Mittel, um ihre Ziele zu erreichen. Einige Varianten lassen sich jedoch anhand des Maßstabs der intelligenten Regenwasserbewirtschaftung unterscheiden. Hier stellen wir intelligente Regenwassernutzungssysteme im Mikro-, Meso- und Makromaßstab vor.
Beschreibung
Intelligente Regenwassernutzung könnte in kleinen Systemen, z.B. in einem einfachen Haushalt, stattfinden. Mit einer relativ geringen Investition kann ein Privathaushalt ein sich selbst erhaltendes intelligentes Regenwassersammelsystem haben. Ein intelligentes System zur Regenwassernutzung in einem Haushalt bringt sowohl wirtschaftliche als auch ökologische Vorteile. Diese Initiativen und Datenanalysen werden individuell durchgeführt.
Beschreibung
Intelligente Regenwassernutzung könnte auch in meso-skaligen Systemen stattfinden, z.B. auf der Ebene eines Viertels oder eines Komplexes. Mit einigen Investitionen kann ein ganzes Viertel von den Vorteilen eines intelligenten Regenwassernutzungssystems profitieren und das Viertel wasserdicht und effizient machen.
Beschreibung
Intelligente Regenwassernutzung wird auch im städtischen Maßstab umgesetzt. Größere Investitionen rund um die Stadt tragen zu einem großen, einheitlichen System bei, das ein effizientes, intelligentes Regenwassersammelsystem hervorbringt. Die Städte brauchen mehr Koordination und Planung, um das Projekt umzusetzen. Die Vorteile, die sich aus der Implementierung eines solchen Systems auf Makroebene ergeben, sind jedoch größer.
Wertschöpfungsmodell
Kosten-Nutzen-Bewertung der Lösung.
Stadtkontext
Für welche unterstützenden Faktoren und Merkmale einer Stadt ist diese Lösung geeignet? Welche Faktoren würden die Umsetzung erleichtern?
Die derzeitige zunehmende Verstädterung erfordert mehr Einrichtungen und mehr Ressourcen; dies führt zu einem Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage. So wird die Verwaltung von Ressourcen und Einrichtungen (z.B. Wasserversorgung) in städtischen und ländlichen Gebieten zu einer anspruchsvollen Aufgabe für Stadtplaner und lokale Verwaltungsorgane. Obwohl neue Lösungen entwickelt wurden, um einige der Herausforderungen zu bewältigen, gibt es immer noch einige Probleme, die noch nicht gelöst sind. So stehen die meisten stark urbanisierten Städte am Rande einer ernsthaften Wasserknappheit, die in naher Zukunft noch schlimmer werden könnte. In den letzten Jahren hat der technologische Fortschritt den Städten jedoch neue Möglichkeiten eröffnet, die Wasserversorgung und -speicherung zu verbessern, indem sie intelligente Methoden der Regenwassernutzung in ihre Wassermanagementsysteme integrieren. Nach Judeh et al. (2022) sind die häufigsten Phasen der intelligenten Regenwassernutzung im städtischen Kontext wie folgt:
- Sammelphase: In dieser Phase wird das gesamte von den Dächern oder der Oberfläche abfließende Wasser gesammelt.
- Speicherphase: Das gesammelte Regenwasser wird in Tanks (für jeden Haushalt) und Teichen (die an einem geeigneten Ort im städtischen Einzugsgebiet oder in dessen Nähe angelegt werden) gespeichert. Das überschüssige Wasser, das die Speicherkapazität übersteigt, wird entweder über ein Drainagesystem in einen natürlichen Fluss abgeleitet oder durch Zonen mit geringen Auswirkungen geleitet, um die Grundwasseranreicherung zu fördern.
- Anwendungsphase: In dieser Phase kann das gespeicherte Wasser für trinkbare und nicht trinkbare Zwecke wie Haushalt, Industrie, Garten- und Landschaftsbau usw. verwendet werden. Die Wiederverwendung von Regenwasser in städtischen Einzugsgebieten reduziert den Wasserbedarf, die Menge des Oberflächenabflusses, Überschwemmungen und die durch das Regenwasser verursachten Schadstoffe.
Die Daten werden in jeder Phase der Regenwassernutzung gesammelt und an einen zentralen Datenspeicher gesendet, wo alle gesammelten Daten gespeichert werden. Danach werden diese Daten in zwei verschiedenen Klassen zur Überwachung verwendet:
- Speicherung versus Verbrauch und Zufluss versus Abfluss
- Zufluss gegen Abfluss und Grundwasserneubildung.
Diese überwachten Daten können dann in der Verarbeitungseinheit zur weiteren Analyse verarbeitet werden und zu aussagekräftigen Ergebnissen führen. Anschließend kann die Entscheidung für die zukünftige Planung getroffen werden, indem die Schwankungen von Angebot und Nachfrage im Laufe der Zeit berücksichtigt werden. Der Klimawandel und das Bevölkerungswachstum sollten bei der Entwicklung langfristiger Strategien berücksichtigt werden.
Unterstützende Faktoren
- Einsatz von IKT-Infrastruktur wie intelligenten Zählern und Sensoren in bestehenden und neuen Regenwassersammelstellen
- Förderung der Standardisierung und gemeinsamer interoperabler Kommunikationsprotokolle für die Koordinierung zwischen den Netzbetreibern
- Einführung von Vorschriften für die Implementierung von intelligenten Zählern und intelligenter Netzinfrastruktur
- Festlegung von Regeln für die Datenerfassung und die Verwaltung der Daten
- Einführung weiterer Sammelstellen für die Regenwassernutzung für ein ganzheitliches und effizienteres intelligentes System
Regierungsinitiativen
Welche Anstrengungen und Maßnahmen unternehmen die lokalen/nationalen öffentlichen Verwaltungen, um diese Lösung zu fördern und zu unterstützen?
- In den europäischen Städten wird die Einführung von intelligenten Wassermanagementsystemen auf lokaler Ebene durch zahlreiche Initiativen auf europäischer und nationaler Ebene unterstützt. Projekte, die sich auf intelligente Stromnetze, Energieeffizienz, intelligentes Netzwerkmanagement und Wassermanagement konzentrieren, profitieren sowohl von nationalen als auch von europäischen Finanzierungsmöglichkeiten.
- Auf europäischer Ebene werden Initiativen und Forschungen zu intelligenten Wassersystemen, zu denen auch die intelligente Regenwassernutzung gehört, durch den Synergy Grant des Europäischen Forschungsrats finanziert. Mit diesem Zuschuss wurden insgesamt 11 Millionen Dollar für die Forschung an intelligenten Wassersystemen bereitgestellt.
- In Anbetracht der Tatsache, dass das Smart Rainwater Harvesting System die Wahrscheinlichkeit von Naturkatastrophen (Dürren und Überschwemmungen) verringert, profitiert das System auch von Finanzierungsmöglichkeiten für das Katastrophenrisikomanagement im Rahmen der EU-Kohäsionspolitik.
Stakeholder Mapping
Welche Interessengruppen müssen bei der Planung und Umsetzung dieser Lösung berücksichtigt werden (und wie)?
Marktpotenzial
Wie groß ist der potenzielle Markt für diese Lösung? Gibt es EU-Ziele, die die Umsetzung unterstützen? Wie hat sich der Markt im Laufe der Zeit und in letzter Zeit entwickelt?
Der Markt für intelligente Regenwassernutzung überstieg im Jahr 2021 die Marke von 296 Millionen USD und wird zwischen 2021 und 2027 mit einer jährlichen Rate von 4% wachsen(Oberarscher et al., 2019). Die steigende Wasserknappheit in Verbindung mit einer wachsenden Bevölkerung auf der ganzen Welt wird die Marktnachfrage ankurbeln. Auch der steigende Wasserverbrauch in der Landwirtschaft wird die Expansion des Marktes für intelligente Regenwassernutzung wahrscheinlich vorantreiben. Es wird prognostiziert, dass der Markt für intelligente Regenwassernutzung bis 2027 328 Millionen USD erreichen wird.
Regierungen in allen Ländern haben begonnen, Maßnahmen zur Regenwassernutzung zu ergreifen, um die Wassereinsparung zu fördern. Einige Länder wie die USA und Australien haben den Einbau von intelligenten Regenwassernutzungssystemen in Neubauten zur Pflicht gemacht(Pradhan & Sahoo, 2019).
Zu den führenden Marktteilnehmern gehören GRAF Group, Kingspan Group, Heritage Tanks, Watts Water Technologies, Inc., Innovative Water Solutions LLC, Stormsaver, Water Field Technologies Pvt. Ltd., HarvestRain, WISY AG, D&D Ecotech Services, Rainharvesting Systems Ltd. und Climate, Inc. Diese Akteure konzentrieren sich ständig darauf, ihr Produktportfolio zu erweitern und innovative Produkte anzubieten.
Je nach Umfang der Anwendung unterscheiden sich die Kunden. Es sind jedoch vor allem Städte und Regionen, die in intelligente Regenwassernutzung investieren.
Kostenstruktur
Betriebsmodelle
Welche Geschäfts- und Betriebsmodelle gibt es für diese Lösung? Wie sind sie strukturiert und finanziert?
Anwendungsfälle
Sehen Sie sich Beispiele für die Umsetzung dieser Lösung in der Praxis an.
Innovation bei Überschwemmungen: Echtzeitdaten für die Region Dublin
Die Stadt Dublin erhält neue "intelligente" Niederschlagssensoren, um ein Frühwarnsystem zum Schutz vor Überschwemmungen einzurichten. Diese Zahl steigt aufgrund des Anstiegs des Meeresspiegels und intensiverer Regenfälle.
Gully-Überwachung: Lösungen für das Hochwasserrisikomanagement
Die "Gully Monitoring Challenge" wurde 2017 ins Leben gerufen, um nach innovativen Lösungen zu suchen, die die Reaktionen der lokalen Behörden auf Überschwemmungen verbessern könnten.
Intelligente Niederschlagsüberwachung
Sunderland Smart City setzt in ganz Sunderland Sensoren ein, um die Umweltbedingungen in Echtzeit zu messen? Im Rahmen dieses Projekts haben wir die Möglichkeit entdeckt, neue Niederschlagseimer einzusetzen, um Oberflächenwasser und Überschwemmungen in Sunderland vorherzusehen.
Überwachung des Hochwasserspiegels von Bächen
Der Rat ist für die Überwachung kleiner Bäche zuständig, die gesetzlich als gewöhnliche Wasserläufe definiert sind. Bei extremeren Wetterlagen wissen wir, dass einige Bäche entweder nach heftigen Regenfällen oder nach lang anhaltendem Regen im Winter verstopfen oder über die Ufer treten. Informationen aus der Ferne mussten gesammelt werden.
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