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HFT Stuttgart simuliert mit 3D-Datenmodell Trinkwasserbedarf von Städten und Regionen

HFT Stuttgart simuliert mit 3D-Datenmodell Trinkwasserbedarf von Städten und Regionen
Trinkwasser-Symbolbild
21.12.2020 − 

Ein Forschungsteam der Hochschule für Technik (HFT) Stuttgart hat erstmals den Trinkwasserbedarf von Wohngebäuden und Nichtwohngebäuden simuliert und dazu ein 3D-Datenmodell für deutsche Städte und Regionen benutzt. Dabei wurden geometrischen Gebäudedaten sowie meteorologische und sozio-ökonomische Daten integriert. Das Team zeigte, dass der Ansatz machbar und belastbar ist. Die Abweichung von realen Trinkwasserverbräuchen betrug laut einer Mitteilung der HFT weniger als sieben Prozent.

Demnach haben die Forscher damit ein methodisches Problem gelöst: Bislang gab es kein Werkzeug, mit dem man den Wasserbedarf für alle Gebäudetypen wie etwa Wohnhäuser, Büro-, Schul- und Industriegebäude auf der Grundlage eines speziellen 3D-Gebäudemodells, dem CityGML-Modell, simulieren kann. Die Studie im „International Journal of Geo-Information“ entstand innerhalb des Projektes IN-SOURCE. Sie wurde gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sowie vom europäischen Programm Horizon 2020.

Ziel der Studie sei, digitale Lösungen zu entwickeln, um die lebenswichtigen Bereiche Lebensmittel, Wasser und Energie in verschiedenen Regionen zu analysieren. Insgesamt stünden urbane Regionen weltweit vor großen Herausforderungen bei der künftigen Versorgung mit Nahrungsmitteln, Wasser und Energie, auch in Zusammenhang mit dem Klimawandel.

Wasserbedarf auf Ebene einzelner Gebäude simulieren und analysieren

„Mit dem neuen Ansatz können wir den Wasserbedarf auf der Ebene von einzelnen Gebäuden simulieren und analysieren. Bestehende Modelle fokussieren sich eher auf die Simulation von ganzen Kommunen“, erklärten Prof. Bastian Schröter, HFT-Professor für Energietechnik, und Keyu Bao, Doktorand am Zentrum für nachhaltige Energietechnik (zafh.net) an der HFT. Das Team verwendete das bestehende Simulations-Tool SimStadt, das Energieanalysen erstellt und hat dieses Tool nun um die Funktion erweitert, den Trinkwasserbedarf zu analysieren.

Von solchen Analysen könnten insbesondere Kommunen profitieren: „Eine genaue Modellierung des städtischen Wasserbedarfs, die Wohn- und Nichtwohngebiete abdeckt, kann Kommunalverwaltungen oder Infrastrukturplanern helfen, lokale Wasserversorgungsinfrastrukturen besser zu gestalten und das Management lokaler Ressourcen zu verbessern“, erläutern die Forscher. Das Tool sei auch ideal, um den Wasserbedarf in einem künftigen Baugebiet zu simulieren. Der Wasserbedarf könne anhand verschiedener Skalen simuliert werden, auf Ebene des Gebäudes, des Stadtviertels, der Stadt oder des Landkreises. Bezugsgröße seien dabei die Gebäude.

Anstatt den durchschnittlichen Pro-Kopf-Wert des Wasserbedarfs aus übergeordneten Skalen zu verwenden, zum Beispiel von einem Bundesland, könnten nun mit dem neuen Ansatz Daten wie der lokale Siedlungswasserbedarf pro Kopf sowie die lokalen klimatischen Bedingungen und sozioökonomische Faktoren im Gebiet berücksichtigt werden.

Machbarkeitstest mit Daten aus drei deutschen Regionen

Das Forschungsteam simulierte Szenarien in drei deutschen Landkreisen mit unterschiedlichen klimatischen und sozioökonomischen Bedingungen, um die Durchführbarkeit, Genauigkeit und Belastbarkeit des neuen Wasserbedarfs-Workflows zu testen. Es handelt sich um den Kreis Ludwigsburg, die Stadt Köln und den Ilm-Kreis. Der Landkreis Ludwigsburg repräsentiere ein typisches süddeutsches Vorstadtgebiet, die Stadt Köln ein dicht besiedeltes städtisches Gebiet und der Landkreis Ilm-Kreis eine eher ländliche Region.

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