Wasserkraftwerk im Mikroformat

Kompakt informieren

• Ein hydraulisch angetriebener Generator im Mikroformat macht berührungslose Waschtischarmaturen mindestens zehn Jahre autark.
• Im Gegensatz zu Konzepten mit Photovoltaikelementen ist seine Stromerzeugung von der Nutzung und nicht von den Umgebungsbedingungen abhängig. Er ist deswegen auch bei hoher Benutzungs­frequenz einsetzbar.
• Die Ökobilanz des hydraulisch angetriebenen Generators fällt deutlich günstiger als die einer Netzstrom- oder Batterieversorgung aus.

Waschtischarmaturen und Spülsysteme für öffentliche und halböffentliche Bereiche werden immer häufiger mit einer elektronischen Steuerung ausgerüstet. Weil nur so eine berührungslose und damit sehr hygienische Bedienung möglich ist und gleichzeitig ein unnötiger Wasserverbrauch vermieden werden kann. Diese Vorteile haben allerdings einen Preis: Die Elektronik muss mit Strom versorgt werden.

So verfügen automatische Waschtischarmaturen bisher in aller Regel entweder über einen Netzanschluss oder ein Batteriefach. Während im letzten Fall, abhängig von der Benutzungsfrequenz, alle sechs bis 36 Monate ein Batteriewechsel erforderlich wird, verursacht ein Netzanschluss Kosten für die Planung und Installa­tion. Ferner fallen auf Dauer Stromkosten an. Relativ neu auf dem Markt sind Armaturen mit einer autarken Stromversorgung. Als Energiequellen werden Mikroturbinen oder Photovoltaikelemente eingesetzt. Für einen Vergleich und die Beurteilung der Systeme ist ein genauerer Blick auf die Technologien sowie ihre Vor- und Nachteile erforderlich.

Für den Betrieb und den Unterhalt von öffentlichen und halböffentlichen Bauten bringt eine autarke Stromversorgung der Waschtisch­armatur Vorteile. In der Anschaffung zwar etwas teurer als eine batterie- oder netzbetriebene Armatur, überzeugen die autarken Lösungen mit geringeren Betriebs- und Wartungskosten sowie geringeren Installationskosten. Darüber hinaus setzen sie in punkto Energie- und Ökoeffizienz neue Standards, ein Aspekt, der bei einer Gebäudezertifizierung in der Regel berücksichtigt werden kann.

Mindestens 20 Benutzungen pro Tag

Als Energiequelle nutzen autarke Armaturen entweder das Licht oder den hydraulischen Druck in der Wasserzuleitung. In beiden Fällen werden dazu Technologien eingesetzt, die sich bereits in anderen Anwendungen bewährt haben. So wurden die technischen Grundlagen für die winzig kleinen Generator-Einheiten, die an eine normale Wasserleitung angeschlossen werden können, bereits in den 1990er-Jahren entwickelt. Dank der enormen Fortschritte in der Akkutechnologie können solche Mikrokraftwerke Abb. 1 nun auch zur Stromversorgung von elektronischen Armaturen eingesetzt werden.

Die kleinen Aggregate haben den Vorteil, dass sie zur Stromproduktion keine Anlaufzeit benötigen. Läuft Wasser durch die Turbine, steht sofort eine elektrische Spannung zur Verfügung. Der erzeugte Strom kann in einem Akku gespeichert werden, der dann die elektronische Steuerung der Waschtischarmatur mit der benötigten Energie versorgt. Ab etwa 20 Benutzungen pro Tag übersteigt die Energieproduktion der Wasserturbine den Verbrauch der Steuerung und den Verlust durch Selbstentladung. Bei weniger Benutzungen werden die Reserven des Energiespeichers angezapft Abb. 3.

Die Häufigkeit, mir der eine Armatur tagtäglich benutzt wird, ist bei allen autarken Systemen eine Schlüsselgröße. Diese gilt auch für Anlagen, die ihre Energieversorgung auf photovoltaischem Weg bereitstellen. In den meisten öffentlichen und halböffentlichen Anlagen kommt Kunstlicht zum Einsatz, was die „Ernte“ einer Solarzelle stark einschränkt. Ferner ist zu berücksichtigen, dass die photovoltaische Energiegewinnung losgelöst von der Benutzung der Waschtischarmatur ist: Mit jeder Benutzung wird Energie verbraucht und nicht wie bei dem Konzept „Wasserkraftwerk“ erzeugt.

Speicherkapazität ist ausschlaggebend

Unabhängig davon, ob der Strom photovoltaisch oder hydraulisch erzeugt wird, schlussendlich muss die Energie möglichst sicher und effizient gespeichert werden können. Dazu bieten sich langlebige Hochleistungs-Akkus und wesentlich kostengünstigere Kondensatoren (Supercaps) an. Letztere haben allerdings eine bis zu 1000-fach geringere Speicherkapazität als moderne Akkus. Aus diesem Grund werden Supercaps meistens mit einer Stützbatterie kombiniert, die längere Betriebsunterbrechungen, beispielsweise Ferien in einer Schule, überbrücken kann. Der Nachteil dieser Hybridlösung: Die Kapazität der Stützbatterie nimmt kontinuierlich ab und die Notwendigkeit eines Batteriewechsels wird nur verzögert. In der Praxis wird das Konzept die Kriterien einer autarken Stromversorgung nicht erfüllen können.

Werden die Armaturen hingegen mit leistungsfähigen Akkus der neuesten Genera­tion ausgerüstet, ist ein ununterbrochener und wartungsfreier Betrieb von zehn Jahren ohne Weiteres möglich, vorausgesetzt, die Armatur wird bei der hydraulischen Stromerzeugung im Durchschnitt 80 s pro Tag benutzt. Durch die große Speicherkapazität können solche Hochleistungsakkus auch eine sehr lange Stillstandszeit überbrücken. Die autarke Stromversorgung mit einer Wasserturbine ist auch für andere elektronische Spülsysteme, zum Beispiel für Duschen oder Urinal- bzw. WC-Steuerungen denkbar. Die einzige Voraussetzung für einen nachhaltig sinnvollen Einsatz hierfür ist eine Mindestbenutzungsdauer, damit die Energiebilanz positiv ausfällt.

Günstige Ökobilanz, schnell montiert

Ein gutes Beispiel für den ökologischen Einsatz von hydraulischen Mikrokraftwerken sind die Geberit-Generatoren für die berührungslos arbeitenden Waschtischarmaturen HyTronic185 und -186. Der Generator ist eine ideale Lösung für Kunden, denen Nachhaltigkeit und Ökologie bei der Ausstattung von Sanitärräumen wichtig ist und passt zum Green-Building-Trend. Er verbessert die Ökobilanz gegenüber Batterien um rund 50 %, gegenüber einem Stromanschluss sogar um rund 80 %, so die Ergebnisse der „Life Cycle Assessment of Lavatory Taps“ (Geberit International AG, 2011).

Der Generator wird zwischen dem Eckventil und dem Schlauchanschluss der Waschtischarmatur eingebaut und über eine einfache verwechslungssicher markierte Kabelverbindung mit der Armatur verbunden Abb. 2. Sobald die Armatur geöffnet wird, treibt das fließende Wasser eine Turbine an. Der erzeugte Strom wird in einem Akku gespeichert, der eine Lebensdauer von mindestens zehn Jahren besitzt. Der Akku liefert den nötigen Betriebsstrom für die Infraroterkennung sowie das Öffnen und Schließen der berührungslosen Waschtischarmatur. Einstellungen werden wie bei Armaturen mit externer Stromversorgung über das Geberit-Service-Handy vorgenommen. Den Generator gibt es ab April 2012 als Komplettset mit allen Waschtischarmaturen HyTronic185 und -186 sowie als Umbauset zum Nachrüsten. •

Batterielose Technik reduziert auch bei der Gebäudeautoma­tion die Investitionskosten und vereinfacht die Installation, die Nachrüstung und eine spätere Umnutzung. Für weitere Informationen Webcode 312963

ist Leiter Produktlinie Armaturen und Spülsysteme, Geberit International AG, https://www.geberit.de/home/