Monitoring en controle van waterlekken

Monitoring en controle van waterlekken

Wat is het?

Een waterlek in een gebouw leidt tot extra kosten door overmatig energie- en waterverbruik, en soms tot storing van het verwarmingssysteem en materiële schade. Deze kunnen aanzienlijk zijn als het lek niet snel wordt gedetecteerd. In deze fiche zien we hoe waterlekken tijdig gedetecteerd kunnen worden door het toepassen van slimme technieken.

In een gebouw hebben we verschillende types waterleidingen1.

• Toevoerleidingen van drinkwater: Ze zijn 100% gevuld en staan onder druk. De druk wordt opgelegd door het distributienetwerk, eventueel verhoogd door een drukverhoging set of verminderd door een drukregelaar.
• Specifieke watercircuits: specifieke circuits voor gefilterd regenwater, grondwater of behandeld grijs water, hier wordt het water onder druk gezet door een pomp.
• Technische circuits van warmteoverdrachtsvloeistoffen: water in de leidingen voor centrale verwarming of de vloeistof van het circuit van thermische zonnepanelen. Dit water bevat soms toevoegstoffen zoals bv. antivries.
• Water afvoerleidingen voor regen- of afvalwater. In tegenstelling tot de vorige circuits werken deze leidingen in aanwezigheid van lucht, bij atmosferische druk.

De manier van detecteren zal sterk samenhangen met het type circuit en zijn eigenschappen.

Hoe werkt het?

Afhankelijk van het type circuit dat men wil monitoren, wordt voor een specifieke technologie gekozen.

Drukbehoud assistent voor technische circuits al dan niet met additieven

Technische circuits zijn per definitie gesloten. Dit betreft bijvoorbeeld de warmteoverdrachtcircuits van centrale verwarmingssystemen of thermische zonnepanelen. In tegenstelling tot watercircuits die sanitaire apparatuur voeden, ondergaan technische circuits geen onttrekking, de druk kan wel variëren, bijvoorbeeld onder invloed van temperatuurvariaties. Als er een significante drukval wordt gedetecteerd, is dit heel waarschijnlijk het gevolg van een lek. Een drukbehoud assistent (zie Figuur 1 bij voorbeeld) monitort verwarmingsinstallaties en waarschuwt de gebruiker bij drukverlies via een melding naar een smartphone. Sommige systemen accepteren een 50% water-glycol oplossing, waardoor ze in principe bruikbaar zijn voor warmteoverdrachtcircuits van thermische zonnepanelen.

Figuur 1: Flexcon PA AutoFill drukbehoud assistent van Flamco. [Bron: Flexcon PA AutoFill drukbehoud assistent| Flamco (aalberts-hfc.com)]

Aanwezigheid van water op de grond detecteren dankzij passieve watersensoren

De watersensoren reageren op het contact met vocht, met andere woorden, als ze ‘voeten in het water’ hebben. Ze zijn voorzien van twee elektroden die de aanwezigheid van vocht detecteren wanneer deze een elektrisch contact tussen hun elektroden tot stand brengt . Ze kunnen puntsgewijs functioneren (vocht op een specifiek punt meten), lineair (bestaande uit een lint dat vocht over de gehele lengte kan detecteren) en zelfs oppervlakkig (detectie vindt plaats over het oppervlak van een doek).

Belangrijk is dat ze geplaatst moeten worden op de plek van het mogelijke lek. Het doel is dus om ze in risicogebieden zoals de badkamer en wasruimte te plaatsen. Net als een rookdetector in geval van brand, kunnen waterdetectoren de gebruiker waarschuwen met een geluids- en/of lichtsignaal. Sommige zijn verbonden met slimme verlichting om deze te laten knipperen. De meeste modellen kunnen een melding sturen naar de smartphone van de gebruiker.Watersensoren zijn zogenaamde passieve detectoren omdat ze geen capaciteit hebben om de watertoevoer af te sluiten. Bovendien detecteren ze geen micro-lekken, lekken die naar de overloop stromen of lekken die zich op een andere plaats bevinden dan waar de sensoren gepositioneerd zijn. Hiervoor moeten ze gecombineerd worden met een gemotoriseerd kleppensysteem (smart water controller).

Figuur 2: RE.GUARD Wassermelder . Dit systeem heeft een verlengsnoer met zichtbare elektroden, maar kan ook zonder gebruikt worden dankzij de elektroden op de behuizing (verborgen aan de onderkant). Als er een lek wordt gedetecteerd, kan er een telefonische waarschuwing worden ontvangen. [Bron: Persoonlijke foto]

Smart water controller voor toevoerleidingen

Een smart water controller monitort druk, debiet en volume en kan complementair werken in een netwerk met passieve watersensoren. Er worden twee type testen door het systeem uitgevoerd.

• De gebruiker stelt een maximaal debiet en het maximale volume voor eenmalig gebruik in. Als deze waarden tijdens gebruik worden overschreden, beschouwt het systeem dit als een probleem2. Een breuk in de leiding bijvoorbeeld, leidt meestal tot een zeer hoog debiet dat eenvoudig gedetecteerd kan worden. Systemen zijn in de fabriek ingesteld op standaardwaarden. Bijvoorbeeld, een maximaal volume per gebruik gelijk aan een keer het volume van een bad. Als de woning geen bad maar een douche heeft, weten we dat het volume per gebruik lager zal zijn. Dan kan men het maximale volume in de instellingen van het monitorsysteem verlagen om de gevoeligheid van het systeem te verbeteren en problemen eerder te detecteren. Micro-lekken kunnen echter op deze manier niet worden gedetecteerd omdat ze onder de detectiedrempel van de sensoren vallen. Hiervoor gebruiken we een drukmeting.
• De druktest verloopt als volgt. Op een moment dat het gebruik laag is (typisch ‘s nachts), sluit de klep om het circuit af te sluiten. Als er geen lek is, moet de druk stroomafwaarts constant blijven. Als het systeem na een bepaalde tijd een drukval registreert, besluit het systeem daaruit dat er een micro-lek is. Het is natuurlijk altijd mogelijk om water te blijven gebruiken tijdens de test. De drukval is dan zeer abrupt en het systeem begrijpt dat het om gebruik gaat en niet om een micro-lek. De klep gaat opnieuw open en de test moet later opnieuw uitgevoerd worden. Deze test wordt normaalgezien automatisch gestart maar kan ook op verzoek worden geïnitieerd.

Zoals eerder vermeld, kan een smart water controller gekoppeld worden aan één of meerdere communicerende passieve watersensoren.Naast het alarmeren, grijpt het systeem ook actief in omdat het een gemotoriseerde klep kan bedienen om de watertoevoer af te sluiten bij gedetecteerde problemen.

Het watercircuit kan ook op afstand worden afgesloten door de gebruiker als het systeem met Wifi is verbonden.

Tot slot heeft dit systeem nog een laatste functionaliteit: aangezien het waterverbruik wordt gemeten, kan het systeem de gebruiker ook informeren over zijn verbruik, net zoals bijvoorbeeld een digitale elektriciteitsmeter (zie ook de fiche Opvolging van waterverbruik).

AI-gebaseerde lekdetectie algoritmes voor toevoerleidingen

Sommige geavanceerde systemen zijn gebaseerd op een geavanceerd numeriek model, andere op een data-model, oftewel een digitale weergave van de installatie, gegenereerd door kunstmatige intelligentie (AI = Artificial Intelligence). De perceptie van de installatie door het monitoringssysteem zal dus in de loop van de tijd evolueren. Het systeem heeft enkele uren nodig om een belangrijk lek te detecteren en enkele dagen voor een kleiner lek. De hardware is relatief eenvoudig, minimaal een digitale en op afstand uitleesbare watermeter die de evolutie van het verbruik in real-time naar de cloud zendt.

Het samenbrengen van alle gegevens stelt een model gekoppeld aan een gebouw ook in staat om te leren van ervaringen die zijn opgedaan in andere gebouwen voor een gelijkaardige installatie. Er zijn verschillende manieren om het onderhoudsteam te informeren over een lek: e-mail, SMS, of een waarschuwing naar een specifieke URL voor integratie in een bestaand monitoringplatform.

Deze oplossing wordt meestal aangeboden als een abonnement met ondersteuning en een vast tarief voor de installatie van de telemetrie van de watermeter.

Wat is de meerwaarde?

Een lekdetectiesysteem werkt als een verzekering. De meerwaarde ervan zal men pas beseffen als er een lek optreedt.

De meerwaarde zal ook afhankelijk zijn van de mogelijke schade en overmatig water- en energieverbruik die men wil vermijden.

Openbare gebouwen zijn bij voorbeeld zeer interessant om te monitoren. Ze zijn groot en lekken kunnen lange tijd onopgemerkt blijven, in het weekend bijvoorbeeld. Verder hebben gebruikers niet altijd de reflex om lekken te melden aan de onderhoudsdienst, wat de detectietijd verlengt.

De beslissing om een lekdetectiesysteem te laten instaleren zal dus sterk afhankelijk zijn van de situatie.

Hieronder, geven we enkele voorbeelden van verschillende lekken die kunnen voorkomen en welke systemen ingesteld kunnen worden.

• Als er corrosie aanwezig is in een sanitaire waterleiding, zal deze geleidelijk verzwakken tot ze lekt of doorbreekt. Als de leiding zich bevindt in een onbereikbare zone zoals een technische schacht, is het zelfs met een preventief bezoek niet mogelijk om het probleem vast te stellen. Dit geldt ook als de leiding zichtbaar is maar bedekt met isolatie.
• Iedereen kent de ervaring van toiletspoelsystemen met een defecte afdichting. Door veroudering van het materiaal van de afdichting of door sedimentafzetting, is de waterdichtheid niet langer gegarandeerd en ontstaat er een klein, constant waterlek. Dit veroorzaakt geen materiële schade, omdat het water in het toilet en vervolgens naar het riool stroomt, maar dit water gaat wel verloren en wordt dus verspild.
• Regenwatertanks zijn vaak voorzien van een automatisch bijvulsysteem dat ze vult met drinkwater wanneer er geen regenwater meer beschikbaar is, om de verschillende toestellen operationeel te houden. De activering van het automatische bijvulsysteem is gekoppeld aan een sensor in de tank. Wanneer deze sensor defect is, wordt de tank constant bijgevuld en stroomt het water naar de overloop van de tank.

Benodigde technologie

De meeste monitoring en lekdetectie systemen hebben Wifi en een internetverbinding nodig om te kunnen communiceren met de APIs (Application Programming Interface). 

Aandachtspunten

Een smart water controller kan het lek niet lokaliseren, tenzij het zich bevindt op één van de geconnecteerde passieve watersensoren (externe meting van het lek op de vloer bijvoorbeeld). Als een lek wordt gedetecteerd moet de installateur of een gespecialiseerd lekdetectiebedrijf actief op zoek naar het lek en dit herstellen. In dat verband is het nuttig dat bij ontwerp de installatie werd voorzien van kranen die toelaten afzonderlijke secties te isoleren en doelmatiger naar het lek te zoeken. Bovendien werkt dit systeem niet op afvoerwaterleidingen, omdat die bij atmosferische druk werken.

Als het gebouw meerdere onafhankelijke circuits heeft (bijvoorbeeld een regenwatercircuit en een drinkwatercircuit), moet elk circuit van een smart water controller worden voorzien.

Ten slotte moet worden opgemerkt dat dit systeem alleen werkt voor eengezinswoningen. Deze beperking is te wijten aan de intrinsieke werking van de technologie. Voor een appartementsgebouw zal het maximale volume hoog zijn, omdat er meerdere gebruikers tegelijkertijd water kunnen gebruiken. Dit resulteert in een te hoge detectiedrempel voor het systeem om effectief te zijn. Voor het monitoren van grotere gebouwen (scholen, hotels, ziekenhuizen) moeten meerdere systemen op subleidingen geplaatst worden in combinatie met AI-gebaseerde lekdetectie algoritmes welke dan eventueel lekken kan opsporen voor de gebruikers.

Als zulke algoritmes toegepast worden met één meetpunt voor een heel gebouw, zal het monitoringssysteem zich baseren op zijn beste kennis van de foutsignaturen die het kent. Na de waarschuwing kan het detectiewerk voor het onderhoudsteam nog steeds aanzienlijk zijn. Om dit te verhelpen, kan sub-metering worden geïnstalleerd. Een reeks meters, strategisch geplaatst in het gebouw, maakt een meer gerichte detectie van fouten mogelijk.

Meer informatie

Onderzoeksproject van IMEC dat focust op geavanceerde en robuuste AI-oplossingen voor lekdetectie

SmartWaterConnect 5.0 | imec Vlaanderen

Hydroko een bedrijf dat gespecialiseerd is in AI-gebaseerde lekdetectie

Hydroko (hydrokonekt.com)