Wasserverbrauchsanzeige für intelligente Armaturen (Kurztitel: Amphiro Wasserverbrauchsanzeige)

• Research unit: FOEN
• Project number: UTF 384.18.11

Short description (German)

Konventionelle Wasserspartechnologien für private Haushalte zielen auf die Reduktion des Durchflusses ab. Gängige Beispiele sind Sparbrausen und Mengenregler für Armaturen. Die Ansätze sind wirkungsvoll, üben aber keinen positiven Einfluss auf die Entnahmedauer aus und führen nicht zu einer Sensibilisierung bzw. Verhaltensänderung der Nutzer.
Das neue Konzept einer Wasserverbrauchsanzeige, die zeitnah Informationen zum persönlichen Ressourcenverbrauch liefert, bietet wesentliche Umweltvorteile gegenüber dem Stand der Technik, indem sie bestehende Wasserspartechnologien um die Aspekte der Nutzer-Sensibilisierung ergänzt und dadurch die Entnahmedauer und den (Warm-)Wasserverbrauch reduzieren kann. Eine erste Nutzerstudie hat gezeigt, dass mit einer Wasserverbrauchsanzeige Einspareffekte von durchschnittlich 6‘400 Liter Trinkwasser und 210 kWh Wärmeenergie pro Haushalt erzielt werden können. In diesem Projekt soll deshalb ein energieautonomes Gerät für die Wasserverbrauchsanzeige zur Serienreife entwickelt werden. Besonderes Gewicht wird dabei neben den technischen Aspekten auf eine optimierte Verbrauchsdarstellung gelegt, die den Verbraucher mit geeigneten psychologischen Konzepten und monetären Angaben zur sparsamen Nutzung von natürlichen Ressourcen motiviert.

Results according to contract (German)

3.1 Miniturbine, die die folgenden Anforderungen erfüllt: Druckverlust bei 20 l/min < 1 bar, Energieausbeute ab 2.5 l/min ausreichend für Betrieb der Elektronik, Körperschall unterhalb der Grenzwerte gemäss DIN EN ISO 3822 1-4, max. Aussendurchmesser < 27 mm, Länge < 32 mm, Dichtigkeit und Funktionstüchtigkeit bis 50 bar
(Meilenstein 1: Vorstellung der entsprechenden Resultate an einem Review Meeting)

3.2 Prototyp einer Wasserverbrauchsanzeige mit optimierter Energieausbeute der Mechanik und des Generators, reduziertem Druckabfall im Generator und verbesserter Energieeffizienz der Elektronik (Meilenstein 2)

3.3 Konzept einer leicht verständlichen, motivierenden Verbrauchsdarstellung, inkl. monetäre Angaben zum Ressourcenverbrauch (Meilenstein 3)

3.4 Prototypische Anbindung an ein bestehendes Energy Management System mit integrierter Verbrauchsdarstellung (Meilenstein 4)

3.5 Patentschutz-Strategie (Meilenstein 5)

3.6 Resultate zur Langzeitwirkung von Verbrauchsfeedback auf das Nutzerverhalten sowie Gestaltungs- und Handlungsempfehlungen für die weitere Optimierung der Verbrauchsanzeige (Meilenstein 6)

Project aims (German)

Das bestehende Generator- und Messmodul für eine energieautonome Wasserverbrauchsanzeige (Smart Water Meter) soll in Bezug auf Energieausbeute und verbrauch, mechanische Eigenschaften und Inhalte der Verbrauchsanzeige optimiert und zur Serienreife entwickelt werden.

Description of results (German)

Im Verlauf des Projektes wurde eine energieautonome Verbrauchsanzeige für die Dusche zur Serienreife geführt. Ein zentrales Ergebnis war die Entwicklung einer Miniturbine samt Generator, welche die für die Anwendung notwendige Energieausbeute aufweist sowie wichtige Anforderungen an maximale Abmessungen, maximalen Druckabfall und Druckbeständigkeit erfüllt. Dazu wurde neben fluiddynamischer Optimierung der Turbinengeometrie insbesondere an der Energieeffizienz der Elektronik gearbeitet, welche die Sensordaten erfasst, auswertet und davon abgeleitete Informationen anzeigt. Die während des Einsatzes des Gerätes auf dem Display präsentierten Informationen wurden so ausgewählt, dass bei den Benutzern der Anzeige das Bewusstsein für den Wasser- und Energieverbrauch geschärft wird - mit dem Ziel, eine Verbrauchsreduktion herbeizuführen. Abschliessend erfolgte die Anbindung an ein prototypisches Energie-Management-System.

Transfer and application (German)

Die in diesem Projekt erarbeiteten Lösungen wurden vollumfänglich in der Produktentwicklung der Verbrauchsanzeige für die Dusche ‚amphiro a1’ umgesetzt. Das Produkt wird seit Q4 2012 in der Schweiz vertrieben; die internationale Vermarktung startete in Q2 2013.

Follow up (German)

Die Marktresonanz von ‚amphiro a1’ ist sehr positiv. Neben der verstärkten internationalen Vermarktung werden weitere Produktvarianten (z. B. mit Funkanbindung) entwickelt. Des weiteren wird angestrebt, die Kerntechnologie, nämlich die Miniturbine samt Auswerteelektronik, in Standardprodukte der Sanitärindustrie, wie z. B. Armaturen, zu integrieren.

Publications / Results (German)

-       Tiefenbeck, V., Tasic, V., Schöb, S., Staake, T. Pushing the boundaries of energy informatics: The application of direct feedback to reduce hot water consumption; 39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON 2013),Vienna, Austria, November 11-13 2013 (accepted)

-       Tiefenbeck, V., Tasic, V, Staake, T., Fleisch, E. Contrasting the effects of real-time feedback on resource consumption between single- and multi-person households, SSES Annual Meeting 2013, Neuchatel, Switzerland, June 2013 (accepted)

-       Tasic V., Staake T., Stiefmeier T.,Tiefenbeck V., Fleisch E., Tröster G. Self-powered Water Meter for Direct Feedback, 3rd International Conference on the Internet of Things (IoT), Wuxi, P.R. China, October 2012.