Система автономного водоснабжения: Автономное водоснабжение и система водоснабжения в доме

Автономное водоснабжение и система водоснабжения в доме

Автономное водоснабжение и система водоснабжения в доме

Построив дом на загородном участке при наличии скважины следующим этапом будет обеспечение холодного и горячего водоснабжения. Ведь, как известно, вода – это жизнь, а привозная вода – это расходы. Поэтому каждый любитель загородной жизни обязательно делает водоснабжение на участке для максимального количества точек водоразбора. По возможности, на начальном этапе строки следует заложить закладные трубы, чтобы затем процесс прокладки воды не стал головной болью для большинства строителей. Автономное водоснабжение – это возможность осуществлять индивидуальный забор воды хорошего качества, вне зависимости от состояния системы общего водоснабжения. В данной статье речь пойдет об установке, которая обеспечит подачу воды в дом при ее отсутствии в общей поселковой магистрали, а так же подготовит ее для дальнейшей эксплуатации.

Автономное водоснабжение для дома с погружным насосом и гидробаком

Входящая система водоснабжения в доме чащ всего бывает только холодного типа. Такие дома имеют бойлеры и для обеспечения нагрева воды и перекачки ее по контурам отопления. Это решение выгодно и довольно популярно у большинства инженерных компаний. Поэтому обеспечение хорошего давления на верхнем этаже дома и постоянного присутствия воды в трубах даст установка системы водоснабжения в доме с накопительной емкостью.

Рассмотрим основные случаи установки системы автономного водоснабжения и ее преимущества:

1. Постоянное требуемое давление воды на всех этажах дома.

Часто можно увидеть планировку дома, когда ванна есть на первом и на втором этаже. При этом на первом этаже расположены кухня, туалет, стиральная машина и возможно садовый водопровод, выходящий на улицу. При этом если принимать душ на втором этаже, то все будет нормально пока на первом этаже не начнет работать какая-либо из точек водоразбора. Наблюдаем следующую картину: возрастает расход воды, а значит понижается давление в системе. Скважинный насос имеет большие потери по давлению при подъеме воды, поэтому важно понимать: избыточный водоразбор заставляет работать насос на максимальных значениях, повышая его износ и уменьшая строк службы. Но иногда его показателей не хватает. В этом случае в доме устанавливают насос повышения давления, что возможно является правильным решением.

2. Временный запас воды при ее отсутствии в основной магистрали.

Частый случай, когда коттедж подключен к общей поселковой магистрали. В летний период при большом водоразборе проживающих соседей, у вас будут не только низкие показатели напора в магистрали, но и возможны отключения воды. Установка автономного водоснабжения имеет в своей конструкции накопительную пластиковую емкость от 500 и более литров. Такой объем воды позволит вам быть независимыми от общей системы и пользоваться своей водой по необходимости. При этом напорные характеристики подающего насоса будут индивидуальны для вашего дома и его жителей. Это может сыграть важную роль в самых непредвиденных ситуациях и очень поможет при поломке скважинного насоса.

3. «У нас пахнет вода, нужно удаление запаха сероводорода…».

Наличие железа в воде распространено практически во всем центральном регионе. Большинство подмосковных жителей частных территорий знают, как неприятно пахнет вода из скважины. Однако, запах сероводорода не постоянен, и улетучивается при наполнении воды в резервуар под хорошим напором. Это повышает качество воды перед дальнейшей водоподготовкой. Ведь если вам необходимо полностью удалить железо из воды и подготовить ее к состоянию питьевой с помощью обеззараживания ультрафиолетовой лампой, то вам потребуется дополнительное оборудование по водоочистке баллонного типа. Однако, наличие установки автономной системы водоснабжения позволит подготовить и отфильтровать воду через фильтр грубой очистки при доливе в емкость. Такая процедура значительно увеличит срок работы загрузки в баллонах системы водоподготовки, что несомненно скажется на состоянии питьевой воды.

Автономное водоснабжение для дома с погружным насосом без гидробака

Так же к небольшому преимуществу можно отнести незначительны прогрев воды. Ведь открывая кран, не для каждой кожи будет полезна ледяная вода. Поэтому собранная в емкости вода будет всегда выше по температуре чем вода из скважины.

Уровень воды в емкости системы автономного водоснабжения регулируется автоматически за счет системы поплавков и электрического клапана. В этом случае механический поплавок будет резервным, а электромагнитный клапан основным перекрывающим элементом. Насос оснащен системой автоматики, которая не только отключает его по нужной верхней отметки давления, но и защитит двигатель насоса от перегрева при работе по «сухому ходу». Мембранный накопительный бак будет резервным источником для небольшого количества воды. Поэтому, при малых разборах воды насос не будет включаться а давление будет на нужных показателях. Таким способом снижается износ насосного двигателя и увеличивается срок его эксплуатации.

Автономное водоснабжение для дома с насосной станцией

 

Система автономного водоснабжения с погружным и наружным насосом управлется автоматикой включения\выключения и защиты по сухому ходу.

Автономные системы водоснабжения частного дома и дачи своими руками

Обустройство автономной системы водоснабжения дачи или коттеджа не требует никаких разрешительных документов, сэкономит время и нервы. А иногда это единственная возможность обеспечения дома водой. Существует множество фирм, профессионально занимающихся этим вопросом. Если же вы решили своими руками оборудовать систему водоснабжения дома, внимательно прочитайте наши рекомендации. Они помогут избежать ошибок и с минимальными потерями получить качественный результат.

Содержание

1. Плюсы автономного водоснабжения
2. Предварительные подсчеты
3. Источник водоснабжения
4. Подводка воды к дому
5. Выбор насоса
6. Порядок сооружения кессона

Плюсы автономного водоснабжения

размещение оборудования для автономного водоснабжения

• Вы контролируете давление в системе. Нередко давления в централизованном водопроводе дачного кооператива не хватает для полноценного полива или обслуживания санузла на втором этаже дома;
• У вас всегда есть запас воды. Оборудуйте станцию автономного водоснабжения накопительной емкостью. Если отключат электричество, дом не останется без воды. Вторая важная функция гидроаккумуляторов и мембранных емкостей — поддержание давления в системе;
• Гарантированное качество воды. Перед подачей в дом вода из автономного источника водоснабжения фильтруется (если это необходимо) и подается по пластиковым трубам. Большинство централизованных систем состоит из старых металлических труб, поэтому все привыкли к ржавой мутной воде.

Предварительные подсчеты

насосная станция

Начинать расчеты автономного водоснабжения загородного дома своими руками следует с определения объемов воды, необходимых для комфорта жильцов коттеджа. После рассчитывается мощность насоса, тип автоматической системы защиты. На основании полученных данных можно подобрать оборудование для монтажа автономного водоснабжения.
Стандартная схема автономного водоснабжения частного дома или дачи включает:

• место забора воды;
• механизм подкачки воды;
• датчик давления;
• мембранный бак или гидроаккумулятор;
• фильтр и другие приборы при необходимости трубы, краны, переходники, вентили.

Если планируется автономная система горячего водоснабжения, на даче предусматривается нагревательный прибор. Это может быть электрический бойлер, газовый двухконтурный котел или теплообменник, встроенный в дровяную печь.

Источник водоснабжения

Подбор автономного источника водоснабжения это первый этап работ. Как правило, выбирают один из следующих вариантов:

• скважина «на песок»;
• артезианка;
  колодец.

Самый дешевый и простой автономный источник водоснабжения — колодезная вода. Но колодец не сможет обеспечить большие объемы воды — не более 200 литров в час. Этого достаточно для полива огорода, но потом придется ждать, пока колодец наполнится. Качество воды тоже сомнительно. В колодцах нередко находят трупики мышей или птиц, после половодья вода не успевает фильтроваться почвой и несет в колодец всю грязь с округи. Одно преимущество у колодца перед скважиной — его легче прочистить.

устройство скважины «на песок»

Скважина «на песок» поставляет воду из верхнего водоносного пласта, находящегося не глубже 30 метров. Для подачи воды в скважину спускают погружной насос. Качество воды из скважины «на песок» неплохое, но периодически скважину следует чистить от заиливания. А воду рекомендуется фильтровать. Объемов воды тоже достаточно для жильцов одного коттеджа или дачного участка. Проблемы могут возникнуть при автономном водоснабжении из скважины «на песок» только при наполнении бассейнов.

Артезианская скважина это лучший вариант для автономного водоснабжения. Вода подается из глубинных слоев под собственным давлением, поэтому ее не фильтруют. Хорошей скважины хватает на обеспечение водой жителей целого поселка. И единственный минус артезианских скважин для автономного водоснабжения — их сложно и дорого бурить. Длительность бурения специальным оборудованием может достичь полутора недель, поэтому артезианка обойдется в копеечку. Такой источник для автономного водоснабжения загородного дома своими руками невозможно оборудовать без привлечения техники и профессионалов. Собственную артезианскую скважину необходимо поставить на учет, ведь глубинные воды являются стратегическими запасами страны.

Пробу воды, полученной из артезианской скважины, сдают на исследование в лабораторию! В кристально прозрачной жидкости могут быть недопустимые концентрации минеральных солей или металлов.

Артезианские скважины подразделяются на совершенные и несовершенные. Совершенная скважина обеспечивает очень большие объемы воды, потому что она проходит сквозь весь водоносный пласт. Скважина заполняется очень быстро и воды в ней хватит на всех. Несовершенная скважина лишь доходит до водоносного слоя. Она хороша при достаточно мощном водоносном пласте, который не нужно вскрывать полностью.
Один из неплохих вариантов водоснабжения загородного дома, доступный для изготовления своими руками — абиссинский колодец. Монтаж этой компактной и недорогой конструкции для автономного водоснабжения прост. Некоторые жители частных домов устанавливают абиссинский колодец непосредственно в подполе.

Подводка воды к дому

стандартная насосная станция

Наиболее комфортный и дорогой вариант подачи воды при автономном водоснабжении это насосная станция. Для ее оборудования необходим насос, электродвигатель, гидроаккумулятор и датчик давления. В такой схеме автономного водоснабжения насос запускается и останавливается самостоятельно, а определенное количество воды всегда содержится в мембранном баке частного дома. Насосная станция обеспечивает необходимое давление, достаточное, например, для гидромассажной ванны. Оборудование станции автономного водоснабжения размещают в специально отведенном помещении.  На конец выводной трубы надевают сетчатый фильтр и труба опускается в колодец. До дна должно оставаться не меньше 35 см. Чтобы зафиксировать размещение трубы, ее крепят к штырю, заранее вбитому в пол колодца. Упрощенный вариант подачи воды — комплект погружного насоса, мембранного накопительного бака и поплавкового датчика.

Водопроводная магистраль закапывается в землю глубже отметки промерзания. Дополнительно систему утепляют от заледенения. В источник водозабора труба вводится также ниже уровня промерзания.

Грубый сетчатый фильтр и обратный клапан располагают до насоса, тонкий с угольным наполнителем — перед распределительным трубопроводом в доме. Далее размещают датчик и реле давления. Всю станцию запитывают от щитка управления. Чтобы в дальнейшем станция работала правильно, необходимо отладить режим реле давления.

Выбор насоса

погружной насос

Существует два типа насосов для автономных схем водоснабжения частных домов: погружные и поверхностные. При подборе основную роль играют свойства точки водозабора. Насосная станция средней комплектации в состоянии добыть воду из колодца 10 м и поднять еще на 40 м. Когда точка водозабора находится далеко от дома, в автономной системе водоснабжения своими руками целесообразнее устанавливать самовсасывающий центробежный насос, оборудованный наружным эжектором. Если глубина залегания воды не более 7 метров, можно использовать поверхностную модель, в остальных случаях — погружную.
Погружные насосы более мощны, небольших размеров, поэтому их можно эксплуатировать на ограниченной площади.
Все насосы для автономных систем водоснабжения на даче и в доме делятся на:

• центробежные;
• вихревые;
• винтовые.

Если в воде много песка, предпочтительнее центробежный
насос. Зато вихревые обеспечивают больший напор воды и
они дешевле. А для открытых водоемов используют винтовые
насосы.
Схема насосной станции при подаче воды из скважины и колодца одинакова. Но есть альтернативный метод монтажа автономного водоснабжения — непосредственно над скважиной, не используя отдельное помещение. Для этого оборудуют емкость — кессон.

Порядок сооружения кессона

1. Вокруг трубы скважины выкопать яму глубиной приблизительно 2,3 м. Диаметр ямы равняется двум диаметрам кессона.
2. Дно залить бетоном толщиной 25 см.
3. Опустить в яму кессон.
4. Труба должна выходить из кессона на 0,5 м, излишек отрезается.
5. Для прокладки водопроводной трубы выкопать канаву глубиной около 2 м.
6. Спустить насос в кессон, присоединить к трубе скважины.
7. Щель между внешней стенкой кессона и землей залить бетоном приблизительно на 40 см.
8. Когда раствор затвердеет, засыпать смесью песка и цемента, оставив до верха 0,5 м.
9. Поверх цементно-песчаной засыпки уложить слой земли.
10.  Установить в помещении насосной гидроаккумулятор с датчиками и остальной аппаратурой.
11. Соединить между собой оборудование и трубопроводы, запустить электропитание.
12. Заполнить магистраль водой, проверить на наличие протечек.

Пластиковые или металлопластиковые трубы это лучшее решение для автономной системы водоснабжения дома или дачи. В отличие от металлических они не ржавеют, а организовать автономную систему водоснабжения дома своими руками можно без привлечения дорогостоящих мастеров и специального оборудования.

Видео о том, как правильно установить кессон:

Энергетическая и водная автономия для автономных плавучих сооружений на берегу

Дорит Авив, доктор философии

Населенные пункты, расположенные на берегу, наиболее подвержены изменению климата и экстремальным погодным явлениям. Помимо риска затопления, централизованные системы водоснабжения и энергоснабжения подвержены сбоям в динамических штормовых условиях; подключение канализации и водоснабжения в прибрежных районах часто нарушается во время штормов. Например, в 2012 году во время урагана «Сэнди» цепочки поставок и распределения в Ред-Хук, Бруклин, были нарушены, а канализация была заблокирована, что привело к затоплению улиц неочищенными сточными водами.

Проект BlueCity Lab (BCL) Центра RETI родился в ответ на эти неудачи. BCL будет водным физическим пространством и структурой поддержки сообщества, расположенной в заливе Гованус в Ред-Хук (рис. 1a; Nandan et al 2020). Параллельно Департамент водных ресурсов Филадельфии работал над созданием плавучего класса на реке Шуйлкилл в Филадельфии (рис. 1b; Philadelphia Inquirer).

Плавучие конструкции предназначены для адаптации к поднимающейся воде. В ходе прошлых демонстраций в Нидерландах такие конструкции доказали свою способность выдерживать повышение уровня моря, а также увеличение частоты и интенсивности штормов (Эдидин, 2005 г. ). Однако из-за того, что они расположены на воде, они представляют серьезную эксплуатационную проблему: они должны работать вне сети, поскольку подключение к центральной инфраструктуре водоснабжения и энергетики становится затруднительным или даже невозможным. Вместо этого такие структуры должны быть самодостаточными; их требования поднимают конкретные вопросы об автономии воды и энергии в масштабе здания. Моя лаборатория в Школе дизайна Вайцмана Пенсильванского университета, Лаборатория тепловой архитектуры, является частью сотрудничества с Центром RETI и Водным центром в Пенсильвании для разработки автономных энергетических и водных систем для автономных плавучих сооружений.

и

б

Рис. 1. Прототипы плавучей лаборатории на берегу: (a) Визуализация лаборатории BlueCity Центра RETI. Кредит: коллектив потоков + Oasis Design Lab; (b) Визуализация плавучей мастерской на реке Шуйлкилл в Филадельфии, кредит: Philadelphia Inquirer и Департамент водных ресурсов Филадельфии

Создание основ самообеспечения для использования энергии и воды

Энергоавтономные здания являются ответвлением типологии зданий с нулевым потреблением энергии (ZEB), характеризующимся отсутствием подключения к сети. Они спроектированы с собственной системой подачи и хранения энергии, а также с уменьшенными потребностями в энергии, достигаемыми за счет повышения эффективности (Torcellini et al. 2006). Точно так же здание с автономным водоснабжением, или здание с нулевым потреблением воды (ZWB), представляет собой новую основу для здания, которое поддерживает независимость от водопользования за счет использования таких стратегий, как сбор дождевой воды и восстановление на месте (Harputlugil et al. 2020). Мы используем эти схемы водной и энергетической автономии для разработки модели автономных, плавучих, самодостаточных зданий.

Жить на воде как возможность

Плавучие прибрежные конструкции обладают многими потенциальными преимуществами в плане самообеспеченности энергией и водой. Во-первых, из-за своего расположения такие сооружения обычно не затеняются окружающим городским контекстом, что обеспечивает доступ к избытку солнечной энергии по сравнению с большинством городских объектов. Кроме того, их размещение на открытом пространстве увеличивает их доступ к ветру; это может быть полезно для производства турбинной энергии, а также для естественной вентиляции здания. В некоторых случаях, когда имеются достаточно сильные водные течения, плавучие конструкции также могут получать выгоду от производства приливной энергии. Преимуществом является и проживание на воде: воду можно использовать как поглотитель тепла для летнего охлаждения и как источник тепла для обогрева зимой, так как температура воды более постоянна и менее изменчива из-за ее тепловой инерции.

Стратегии проектирования

Чтобы сделать лабораторию BlueCity Центра RETI самодостаточной с точки зрения использования энергии и воды, мы работали вместе с командой дизайнеров BCL, Гитой Нандан, Зехрой Куз и Тимом Гилманом, а также с нашим сотрудником. Доктор Форрест Меггерс (Принстонский университет) за интеграцию следующих стратегий в процесс проектирования BCL:

Пассивный дизайн

Пассивный дизайн может значительно снизить потребление энергии зданием за счет архитектурных стратегий, которые уменьшают теплообмен между зданием и окружающей его средой. Эти стратегии проектирования включают ориентацию здания и его массивность, дизайн оболочки и выбор материала. Мы провели параметрическое исследование ориентации, чтобы понять его влияние на спрос на энергию в разные сезоны, чтобы предложить способы минимизации нагрузки на охлаждение и обогрев (рис. 2). Мы изучили естественную вентиляцию и преобладающие направления ветра на площадке, чтобы определить наилучшее расположение отверстий в оболочке. Кроме того, мы рассмотрели материалы ограждающих конструкций и соотношение остекленных и непрозрачных частей фасада, чтобы предложить проектное решение, которое уравновешивает круглогодичный доступ дневного света и предотвращает чрезмерные потери тепла в холодное время года. Поскольку многие запланированные образовательные мероприятия BCL будут проходить в дневное время, в нашем анализе и проектных решениях приоритет отдавался дневному освещению, чтобы свести к минимуму энергетическую нагрузку искусственного света.

Рис. 2. Иллюстрация параметрического исследования ориентации здания и дизайна фасада для оптимизации множества переменных, включая приток солнечного тепла, дневное освещение и подачу солнечной энергии, с использованием инструментов Ladybug и программного обеспечения Design Explorer. Фото: Мриналини Верма и Дорит Авив.

Энергоснабжение

В дополнение к ориентации здания, форме и материалам мы изучали потенциал энергоснабжения посредством моделирования. Варианты на соседней иллюстрации показывают не только приток и потерю тепла зданием, но и потенциальное поступление энергии от солнечных панелей, расположенных на крыше. Мы предлагаем разместить солнечные батареи на крыше и южном фасаде БКЛ, чтобы производить достаточно энергии для работы здания. Небольшие ветряные турбины и технологии приливной энергии являются дополнительными возможными источниками энергии для поддержания самодостаточности. Аккумулятор необходим как часть системы энергоснабжения для хранения энергии в пиковые периоды. Кроме того, чтобы снизить риски, связанные с использованием прерывистых источников питания, мы предлагаем встроенные датчики и адаптивные элементы управления, которые могут помочь регулировать системы здания в соответствии с доступными источниками питания и погодными условиями.

Строительные системы с низким энергопотреблением

Мы разработали схему энергосберегающей интегрированной системы отопления и охлаждения, которая минимизирует энергетическую нагрузку механической системы здания. Собранные данные со дна залива Гованус в Ред-Хук, где будет построена BCL, показывают, что температура воды остается близкой к 20°C летом и стабильно выше средней температуры воздуха зимой. Используя воду залива круглый год в качестве поглотителя тепла или источника тепла для высокоэффективного теплового насоса, мы можем свести к минимуму затраты энергии на отопление и охлаждение. Насос будет регулировать температуру воды в водяной излучающей системе, встроенной в поверхности здания, для контроля температуры в помещении. Естественная вентиляция обеспечит приток свежего воздуха и дополнительную охлаждающую способность, если это возможно с учетом климатических условий.

Водоснабжение

Крыша BCL предназначена для сбора дождевой воды в центральный резервуар. В нашем анализе мы обнаружили, что сбор дождевой воды сам по себе не будет поддерживать полную работу BCL, и предложили дополнительные потенциальные варианты сбора и очистки воды. Низкотехнологичные методы солнечного опреснения хорошо сработали бы в этом контексте из-за наличия заливной воды, а адаптивные материалы, такие как гидрогели, можно было бы использовать для сбора атмосферной воды благодаря высокому уровню влажности в этом месте. Вес резервуара для сбора воды следует рассматривать как часть баланса сил, необходимых для достижения плавучести.

Водоснабжение и очистка сточных вод

Компания BCL должна очищать свои собственные сточные воды, а также загрязненную воду залива Гованус, в котором она находится. Группа разработчиков BCL выбрала биофильный бетон для использования в корпусе и основании плавучих садовых стручков, окружающих BCL (рис. 1a, рис. 3), чтобы привлечь морские и болотные организмы, которые, в свою очередь, будут участвовать в разрушении и ускорять его разрушение. загрязняющие вещества в воде.

Мы также изучили дополнительные методы очистки воды: теплица на верхнем этаже BCL может быть смоделирована как живая машина — технология очистки сточных вод, которая сочетает в себе элементы традиционных систем биологической очистки воды с растениями и другими организмами; в корпусе может быть размещен анаэробный метантенк для переработки твердых отходов. На рисунке 3 ниже показаны эти стратегии водоснабжения и восстановления, а также энергетические системы, изученные в этом исследовании.

Рисунок 3. Схема автономных систем воды и энергии для плавучей конструкции BlueCity Lab, кредит: Мриналини Верма и Дорит Авив.

В заключение, это исследование плавучей прибрежной конструкции подняло важные вопросы об автономности энергии и воды в архитектурном дизайне. Самодостаточные здания, хотя и создают множество проблем, также предлагают преимущество автономной системы проектирования и эксплуатации. Эти системы не зависят от городской сети и предназначены для адаптации к изменяющимся погодным условиям. Это исследование является частью текущих исследований в лаборатории тепловой архитектуры, направленных на разработку применимых решений для прототипов зданий, устойчивых к изменению климата.

Благодарности

Это исследование стало возможным благодаря щедрой поддержке Penn Praxis.

Я хотел бы отметить большой вклад Мриналини Вермы, выпускника MSD-EBD и нынешнего студента MLA в Школе дизайна Вейцмана, который работал над этим исследованием в течение лета 2020 года в качестве стипендиата Penn Praxis и в настоящее время запускает воду исследования по восстановлению прибрежных сооружений в качестве получателя гранта на поддержку исследований студентов Центра водных ресурсов в Пенсильвании.

Ссылки

Эдидин Петр. «Плавучие дома, построенные, чтобы пережить наводнение в Нидерландах / Предвидя дальнейшее изменение климата, архитекторы видят другой путь». New York Times, 9 ноября 2005 г.

Харпутлугил, Тимучин, Гюльсу Улукавак Харпутлугил и Питер де Уайлд. «Подход к моделированию в поддержку проектирования зданий с нулевым потреблением воды (NZWB)». REHVA Journal , июнь 2020 г.: 46–53.

Нандан, Гита, Зехра Куз и Тим Гилман, «Лаборатория BLUECITY: лаборатория-амфибия по адаптации к климату». Материалы 2-й Всемирной конференции по плавучим решениям , 2021 г.

Торчеллини, Пол, Шанти Плесс, Майкл Деру и Друри Кроули. Здания с нулевым потреблением энергии: критический взгляд на определение . № НРЕЛ/СР-550-39833. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL), Голден, Колорадо, 2006 г.

 

Дорит Авив — доцент архитектуры в Школе дизайна Вейцмана, специализирующаяся на энергетике и экологии. Она является директором Лаборатории тепловой архитектуры, междисциплинарной лаборатории на стыке термодинамики, архитектурного дизайна и материаловедения.

Авив имеет докторскую степень в области архитектурных технологий Принстонского университета, степень магистра архитектуры с сертификатом городской политики Принстонского университета и степень бакалавра архитектуры The Cooper Union. Ее текущие проекты включают прототип пассивного охлаждения в пустынном климате, построенный в сотрудничестве с Аризонским университетом, сенсорную сеть для мониторинга энергии и окружающей среды в кампусе Пенсильвании с использованием технологии распределенного реестра, а также павильон лучистого охлаждения под открытым небом, достигающий точки росы ниже. охлаждение поверхности без образования конденсата в сотрудничестве с ETH, UC Berkeley и UBC.

AI Для оптимизации сети распределения воды

Изображение Courtesy MPJ Plumbing

Политический подход (ES) Используется для катализы инвестиций: А. Интеллектуальная технология (ИИ) для оптимизации производительности водопроводной сети с точки зрения давления и качества воды. Технологии самообучающегося искусственного интеллекта анализируют сетевые данные и шаблоны в режиме реального времени для управления сетями, повышая эффективность процессов с точки зрения операций и энергопотребления.

Появление технологий искусственного интеллекта и машинного обучения в водном хозяйстве может обеспечить качественное улучшение сетей водоснабжения от водосбора до водопровода.

Эффективная эксплуатация водопроводных сетей представляет собой проблему для предприятий водоснабжения из-за их размера и сложности, поскольку им приходится управлять и оптимизировать такие факторы, как давление и качество воды. Традиционное ручное управление сетевыми активами, такими как рабочие клапаны и насосы, неэффективно, трудоемко и медленно реагирует на изменения или чрезвычайные ситуации в системе, что может привести к повышенному риску для здоровья и снижению уровня обслуживания клиентов. Это происходит в виде недостаточного давления воды в кране, плохого качества воды (с точки зрения микроорганизмов, цвета и запаха) и частых перерывов в обслуживании из-за протечек и прорывов.

Такими действиями, как работа клапанов и насосов, теперь можно управлять в соответствии с потребностями сети и клиентов в режиме реального времени, без вмешательства человека и времени, необходимого для реагирования на изменения условий эксплуатации.

В будущем разработки в области датчиков и технологий Интернета вещей (связанные с расширением производства и развертывания) сделают технологии более дешевыми, что позволит повысить окупаемость инвестиций. Кроме того, исследования и разработки в области данных и сенсорных технологий повышают разрешение. Детализация данных обучает алгоритмы управления ИИ и машинного обучения, чтобы они были более эффективными, а также предоставляли возможности прогнозирования.

СОЗДАННАЯ ЦЕННОСТЬ

Повышение эффективности и снижение затрат:

• Предоставляет оперативные данные, ценную аналитику для бизнеса и оперативную информацию. Это повышает эффективность сетевых операций
.
• Перемещение воды обычно является самой высокой эксплуатационной стоимостью для предприятия водоснабжения. Ценность создается за счет снижения эксплуатационных расходов на потребление энергии для перекачки. Например, установка ИИ в Нидерландах позволила повысить энергоэффективность операций на 5-10%.
• Эти технологии оптимизируют давление, что приводит к уменьшению количества разрывов и утечек. Взрывы и утечки, известные как недоходная вода, по сути являются потерянным продуктом и потенциальным упущенным доходом.

Повышение экономической, социальной и экологической ценности:

• Сокращает количество ошибок, связанных с человеческим фактором, возникающим из-за возможностей и противоречивых рабочих приоритетов, что приводит к повышению безопасности и уменьшению числа катастрофических отказов активов, таких как крупные взрывы.
• Обеспечивает более высокий уровень обслуживания клиентов благодаря постоянному давлению воды, снижению эксплуатационных расходов, уменьшению утечек и более надежному водоснабжению благодаря меньшему количеству разрывов магистралей.

ПОЛИТИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ И РЫЧАГИ

Законодательство и регулирование: Регулирование как качества воды, так и управления активами может стимулировать внедрение этих интеллектуальных решений. Государственные постановления, социальная ответственность и цели в области устойчивого развития побуждают коммунальные предприятия быть более эффективными и устойчивыми в своей деятельности, чтобы сокращать выбросы и потери воды для борьбы с изменением климата и рисками водной безопасности.

Изменение кадрового потенциала: Требуется обучение и повышение квалификации работников для эффективного изучения рекомендаций ИИ в режиме реального времени, проверки этих рекомендаций (ИИ не может по-настоящему проверять чувства в его текущей форме) и выполнения рекомендаций, если это уместно.

РИСКИ И СМЯГЧЕНИЯ

Риск внедрения

Риск: Искусственный интеллект обучается на основе исторических данных. Однако если исторические данные имеют низкое качество (например, из-за коротких временных рамок данных, неправильно откалиброванных датчиков, пробелов в данных и т. д.), то и ИИ, скорее всего, будет низкого качества.

Смягчение последствий: любое надлежащее внедрение искусственного интеллекта требует наличия квалифицированных специалистов по данным, программного обеспечения и специалистов по очистке воды для анализа исторических данных и обеспечения их точности и достаточного количества для обучения ИИ. ИИ также должен быть тщательно проверен посредством испытаний с операторами.

Риск: автоматизация может создать потребность в переподготовке рабочих для эксплуатации, обслуживания и наблюдения за автоматизированными системами и концентрации внимания на более стратегических видах деятельности, направленных на долгосрочное планирование технического обслуживания и эксплуатации сети.

Смягчение последствий: операторы сетей водоснабжения должны пройти повышение квалификации, чтобы научиться интерпретировать, осмысливать и действовать в отношении любой информации, предоставляемой ИИ.

Социальный риск

Риск: Искусственный интеллект обучается на основе исторических данных и может плохо обеспечивать поддержку принятия решений, если он получает данные, отличающиеся от исторических данных, на которых он обучался. Это может привести к неудовлетворительным результатам для клиентов с точки зрения низкого давления и качества воды, когда программное обеспечение ранее не наблюдало таких условий.

Смягчение: Это можно смягчить с помощью высококвалифицированных операторов, которые могут понять поддержку принятия решений, предоставляемую ИИ, и убедиться, что это имеет смысл, основываясь на их знании системы.

Угроза безопасности и (кибер)безопасности

Риск: Системы управления, особенно расположенные в облаке, подвержены риску кибератак, которые могут сделать критически важную инфраструктуру уязвимой.

Смягчение последствий: обучение ИИ обычно проводится в облаке, однако после завершения обучения ИИ можно легко запустить на настольном компьютере. Следовательно, можно иметь ИИ на настольном компьютере в операционном центре и не подключать его к Интернету или иметь только ограниченный доступ к облаку.

ПРИМЕРЫ

Пример: i-2O

Реализация: i2o используется в городе Кейптаун для оптимизации давления в критических точках сети, где он привел к 38% снижение потерь воды из-за утечек. По оценкам, срок службы объектов водопроводной сети был увеличен на 5 лет.

Стоимость: Экономия 300 000 фунтов стерлингов в год на затратах на эксплуатацию и техническое обслуживание.

Таймфрейм: Оптимизация давления AI обычно может быть достигнута в течение нескольких месяцев.

Пример: R-TAP

Реализация: Технология используется в нескольких филиппинских водных округах для контроля и оптимизации давления посредством управления насосами.

Стоимость: Водный округ Калумпит увеличил доход более чем на 2 миллиона филиппинских песо (филиппинских песо) за счет выставленных счетов и почти на 200 000 филиппинских песо за счет затрат на электроэнергию. Водный округ города Тагайтай добился сокращения потерь воды из-за утечек на 70% и экономии энергии и эксплуатационных расходов на 1,4 млн филиппинских песо.

Сроки: Эти проекты могут быть реализованы в течение 2 месяцев и обеспечивают постоянное обслуживание.