Umweltplattform Ensiro®

Ensiro – Drahtlose Sensorik für Umweltstationen

Im Programm Ensiro® entwickelt das Anwendungszentrum Drahtlose Sensorik des Fraunhofer IIS in Coburg gemeinsam mit Industriepartnern Demonstratoren und Anwendungen im Bereich Umweltsensorik. Dabei werden verschiedene Anwendungsszenarien adressiert, in denen Umgebungs- und Umweltdaten von Bedeutung sind. Beispielsweise Feinstaub und weitere Luftschadstoffe oder Umweltparameter in industriellen Anlagen. Weiterhin haben wir mit der EnsiroAmbit ein modulares Hard- und Softwaresystem geschaffen, mit dessen Hilfe unterschiedliche Umweltmesswerte gesammelt und einfach in eine IoT-Plattform eingebunden werden können. So lassen sich die erhobenen Messdaten je nach Anwendungsfall und Zielgruppe individuell aufbereiten und zur Verfügung stellen. Hierzu werden modernste Techniken wie Cloud- und Edge Computing sowie energie- und reichweitenoptimierte Funktechnologien eingesetzt. Durch die Anwendung speziell entwickelter Heuristiken weisen die Messwerte unabhängig von veränderlichen Umwelteinflüssen stets eine optimale Qualität auf.

EnsiroEMMA: Erfassung von Luftschadstoffen in Smart City und Industrie 4.0

Vor allem in Innenstädten wird die Erfassung von Luftgüteparametern immer wichtiger. Dabei spielen neben der Konzentration von Feinstaub und Ozon auch Stickoxide eine entscheidende Rolle. Um eine aussagekräftige Datenbasis zu erhalten, müssen die Luftschadstoffe flächendeckend erfasst werden. Dafür ist ein kompaktes und kostengünstiges Messsystem unerlässlich. Unsere Messstation EnsiroEMMA besitzt eine kompakte Bauweise und setzt auf elektro-chemische Sensoren. Damit lässt sich eine Ermittlung der Luftqualität in Außenbereichen nach der 39. Bundes-Immissionsschutzverordnung beispielsweise für Stadt- und Kommunalverwaltungen realisieren.

Mit der EnsiroEMMA können Messungen mehrmals die Stunde stattfinden. Mit dieser umfangreichen Datenbasis können präzise Statistiken erstellt und Auswertungen vorgenommen werden. Ein automatisch skalierender Messbereich sorgt für maximale Genauigkeit der Messwerte bei sehr geringen und sehr hohen Gaskonzentrationen. Das Gesamtsystem lässt sich im Gegensatz zu großen stationären Messstationen an einem Standort ab- und an anderer Stelle neu aufbauen.

Die ermittelten Daten werden durch Nutzung speziell entwickelter Heuristiken optimiert. Ein regulierter Luftstrom sorgt in Verbindung mit einer integrierten Temperatursteuerung dafür, dass die elektro-chemischen Sensoren auch bei wechselnden Witterungsverhältnissen verlässliche Messergebnisse liefern. Durch eine drahtlose Internetanbindung ist das System flexibel aufstellbar, sofern ein Netzspannungsanschluss zur Verfügung steht. Eine IoT-Cloud-Lösung ermöglicht es dem Anwender, die Messwerte online abzurufen sowie grafische und analytische Auswertungen vorzunehmen.

Auch im Industrieumfeld nimmt die kontinuierliche Erfassung von Umweltparametern einen immer höheren Stellenwert ein, um durch optimale Rohstofflagerung und Produktionsbedingungen eine höchstmögliche Produktqualität zu erzielen und die Erfüllung von Gesundheitsvorschriften nachzuweisen. Dabei spielen neben der Konzentration von Feinstaub auch Gase, wie z. B. Methan, CO2, SO eine entscheidende Rolle. Unser Messsystem EnsiroEMMA kann mit verschiedenen elektro-chemischen Sensoren bestückt werden.

Anwendungsszenarien in der Smart City

Bürgernahe, transparente Erfassung innerstädtischer Luftschadstoffe

Das kostengünstige, kompakte EnsiroEMMA-System ermöglicht es, ein feinmaschiges Luftschadstoffsensornetz zu etablieren, um die aufgrund hoher Kosten und hohem Platzbedarf nur in geringen Zahlen vorhandenen Messstationen zu ergänzen. Künftig können damit Messwerte sowohl an innerstädtischen Verkehrsknoten als auch im Umland erhoben werden. Durch die Anbindung des EnsiroEMMA-Systems an eine offene Datenplattform lassen sich die in der direkten Umgebung gesammelten Umweltdaten jederzeit einsehen, was Transparenz und Sichtbarkeit der Informationen in der Öffentlichkeit verbessert.

 

Nachhaltige Bau- und Verkehrsplanung

Durch großflächige und dauerhafte Überwachung der Luftbelastung in Städten lässt sich die Planung neuer Baumaßnahmen sowie die Verkehrsführung aus einem nachhaltigen Gesichtspunkt betrachten. Veränderungen der Luftqualität können nicht mehr nur theoretisch errechnet, sondern quantitativ nachgewiesen werden. Darauf gestützt, können Städteplaner, Bauämter und Umweltbehörden spezifische Maßnahmen durchführen, wie beispielsweise die Integration von Grünanlagen an neuralgischen Punkten zur CO2-Kompensation oder die Anpassung der Verkehrsführung, um die Belastung der Einwohner durch erhöhte Stickoxid-Werte zu reduzieren.

 

Luftgütemessung in Bad- und Kurorten

In Kur- und Erholungsorten kommt der Luftqualität eine ganz besondere Bedeutung zu. Sie trägt maßgeblich dazu bei, den kurmedizinischen Erfolg zu unterstützen. Durch den Einsatz von EnsiroEMMA-Systemen ist es möglich, die Luftqualität nicht nur für ein alle paar Jahre vergebenes Siegel zu dokumentieren, sondern die relevanten Luftparameter kontinuierlich zu veröffentlichen. Diese Maßnahme verstärkt das Vertrauen in die Qualität des deutschen Gesundheitswesens und steigert die Reputation der Betreiber. Die Luftgüte lässt sich folglich als Kriterium für die Wahl von Erholungsziel oder Kuraufenthalt heranziehen.

 

Monitoring der Lager- und Ausstellungsbedingungen von Kulturgütern

Um Kulturgüter, wie beispielsweise seltene Kunstgegenstände und antike Artefakte, über lange Zeiträume zu konservieren, ist es wichtig, dass die Umweltbedingungen bestimmte Werte einhalten. Temperatur und Feuchtigkeit sowie die Luftgaszusammensetzung während Lagerung und Inszenierung müssen innerhalb festgelegter Parameter liegen, damit Beschädigungen vermieden werden. Unser EnsiroEMMA-System ermöglicht die dauerhafte Überwachung dieser Werte und meldet Abweichungen, damit Maßnahmen zur Anpassung der Luftvariablen schnell umgesetzt werden können.

 

Monitoring von Seeschiffen

Hochseeschiffe fahren häufig in Küstennähe und belasten aufgrund ihres Treibstoffs aus Schweröl mit ihren Abgasen die Luftqualität in Hafenstädten und Küstenregionen stark mit Schwefeloxiden (SOx) Stickstoffoxiden (NOx) sowie Ruß und Feinstaub. Unser EnsiroEMMA-System lässt sich an Schiffen montieren, um die Belastung der Umgebungsluft direkt an der Quelle zu überwachen und ermöglicht es Reedereien und Betreibern von Transport- und Passagierschiffen die Umweltinformationen über ihre Flotten transparent für Kunden und Passagiere bereitzustellen.

 

Schiffe für flexibles Umweltmonitoring

Da sich Schiffe die meiste Zeit in Bewegung befinden und küstennahe Regionen, Flüsse und Meere befahren, lassen sie sich ideal als mobile Umweltmonitoring-Stationen nutzen. EnsiroEMMA-Systeme könnten durch die variable Position über einen längeren Zeitraum große Gebiete entlang Binnengewässern und Hochseerouten hinsichtlich ihrer Umweltbelastung überwachen. Mittelfristig lassen sich mit der Bereitstellung multipler Messpunkte Einblicke in die Belastung von bislang kaum überwachtem Raum erlangen.

Anwendungsszenarien in der Industrie

Überwachung von Gewächshäusern und Vertical Farming Anlagen

Gewächshäuser sind darauf ausgerichtet, unabhängig von Witterung und Jahreszeit optimales Pflanzenwachstum bei möglichst geringem Ressourceneinsatz sicherzustellen. In Zukunft wird das Thema Vertical Farming wachsende Bedeutung erlangen. Hierbei handelt es sich um die Unterbringung gestapelter Segmente mit variablen Pflanzen auf engem Raum. Dadurch lassen sich Raum, Zeit und Geld einsparen, da mehr Pflanzungen in kürzerer Zeit mit weniger Dünger und anderen Rohstoffen gezüchtet werden können. Optimales Wachstum lässt sich jedoch nur erreichen, wenn alle notwendigen Umweltparameter gewisse Grenzwerte einhalten. Hierfür erfasst unser EnsiroEMMA-System Luftfeuchtigkeit, Temperatur sowie CO2– und O2-Gehalt in der Luft.

 

Überwachung der Luftbelastung in Großdruckereien

In Großdruckereien entstehen beim Drucken große Mengen von Feinstaub, die sich in der Hallenluft verteilen. Dies belastet die Gesundheit der Angestellten und kann die Lebenserwartung der Maschinen verringern sowie unter Umständen das Druckbild durch Ablagerungen beeinflussen. Das beim Laserdruckverfahren entstehende Ozon ist vor allem für Mitarbeiter mit Atemwegserkrankungen eine Belastung und kann zu Migräne und Kopfschmerzen führen. Mit EnsiroEMMA lassen sich sowohl die Feinstaubkonzentration in der Luft als auch die Ozonbelastung erfassen.

 

Abgasmonitoring von Kaminanlagen

Beim Verbrennen fossiler Brennstoffe wie Kohle, Erdgas, Erdöl und bei der Produktion von Gütern entstehen hohe Dosen an Feinstaub, CO, CO2, SO und H2S sowie weiterer umwelt– und gesundheitsgefährdender Stoffe, die trotz Filterung in die Luft abgegeben werden. In absehbarer Zukunft könnte es in Deutschland einen monetären Malus für CO2-Emittierung geben. EnsiroEMMA kann im Bereich der Verbrennungsanlagen oder in der Umgebung der Kamine die Belastung der Luft mit den genannten Gefahrenstoffen erfassen und einem Unternehmen die Luftgüte nachweisen, wodurch die finanzielle Belastung durch CO2-geregelte Abgaben minimiert werden könnte.

 

Monitoring der Umweltbedingungen von Lebensmitteln während Lagerung und Transport

Bei der Lagerung und dem Transport empfindlicher Lebensmittel kommt es darauf an, die richtige Konzentration von Gasen in die Luft einzubringen, um das Bakterienwachstum zu verlangsamen, damit beispielsweise Obst und Gemüse frisch und schmackhaft im Laden und letztendlich beim Verbraucher ankommen. Häufig aus Stickstoff oder hochkonzentriertem Sauerstoff bestehende Schutzatmosphären werden dabei in Kunststoffgefäße eingebracht. Der aktuelle Trend im Handel geht allerdings in Richtung der Reduktion von Plastikprodukten und vor allem dünnen Kunststofffolien, da diese in der Umwelt große Schäden anrichten können. EnsiroEMMA ermöglicht es, Schutzatmosphären zuverlässig hinsichtlich ihrer Güte zu kontrollieren und unterstützt Unternehmen mit den erfassten Messdaten dabei, neuartige Verpackungsvariationen auf ihre Tauglichkeit hinsichtlich der Lebensmittelkonservierung zu überwachen.

Highlights von EnsiroEMMA

  • Kompakte Abmessungen
  • Schnell installierbar
  • Präzise Messwerte bei jeder Witterung
  • Verwendung elektrochemischer Sensoren
  • Automatisch skalierender Messbereich für maximale Genauigkeit sowohl bei sehr geringen als auch bei hohen Gaskonzentrationen
  • Temperaturregulierung der Sensoren für eine optimale Messumgebung, auch bei wechselnden Umweltparametern
  • Regulierter Luftstrom für optimale Messergebnisse
  • Spezifische Visualisierung erfasster Daten

 

Kundenvorteile

  • Kostengünstiges Komplettpaket
  • Schnelle Verfügbarkeit und Anpassungsfähigkeit
  • Bereitstellung eines für die Serienfertigung vorbereiteten Prototypensystems (Basisversion)
  • Unterstützung bei der Weiterentwicklung
  • Kooperationsmöglichkeit für Forschungsprojekte

EnsiroAmbit: Schnell zur Testinstallation mit variablen Umweltsensoren im Industrieumfeld

Für eine perfekte Produktionsumgebung müssen neben den Prozessabläufen auch die Umweltparameter stimmen.

 

Vor allem in Produktionsanlagen und im Industrieumfeld ist entscheidend, dass Umweltbedingungen in einem optimalen Rahmen gehalten werden, um Produktqualität hoch und Ausschuss niedrig zu halten. Hierfür sind Sensoren notwendig, die beispielsweise Lufttemperatur oder Luftfeuchtigkeit dauerhaft überwachen. Um Unternehmen bei der Entscheidungsfindung zu unterstützen, ob Sensoren in ihrem spezifischen Firmenumfeld einen Mehrwert bieten können, haben wir die EnsiroAmbit entwickelt. Damit lässt sich schnell prüfen, ob es Sinn macht, bestimmte Umweltparameter in der eigenen Firma dauerhaft zu überwachen. Nach einer kurzen Vorlaufzeit (Vorgespräch, Betriebsbegehung und Anforderungserhebung) steht dem Kunden ein Gesamtpaket zur Verfügung, um ein drahtloses Sensornetz aufzuspannen. Dazu gehören alle notwendigen Komponenten vom Sensor, über die Funkübertragung, bis hin zur visualisierten Datenausgabe.

 

Über einen Zeitraum von 3 oder 6 Monaten werden in der Basisausführung 10 Messknoten mit Sensoren für Lufttemperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit im Unternehmen installiert, um präzise Statistiken erstellen zu können. Die Anbindung an eine IoT-Cloud-Lösung ermöglicht es dem Anwender, die Messwerte online abzurufen sowie eigene grafische Auswertungen vorzunehmen. Unsere Wissenschaftler betreuen das Unternehmen während des ganzen Evaluationszeitraums intensiv. Durch regelmäßige Gespräche wird der Nutzen eines solchen Messsystems im Unternehmen evaluiert.

In der Basisversion lassen sich Ursachen und Auswirkungen auf Lagerung oder Produktion durch Störgrößen, wie unpassende Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit oder Luftdrücke, identifizieren. Weitere Parameter wie VOC oder CO2 können durch die unkomplizierte Anbindung weiterer Sensoren erfasst werden. Zudem lassen sich künftig auch externe Datenquellen einbinden, wie beispielsweise vorhandene MDE-Werte, die in Zusammenhang mit den erfassten Parametern gebracht werden, um Korrelationen aufzuzeigen.

 

Anwendungsgebiete:

Die EnsiroAmbit kann beispielsweise in Produktionsumgebungen oder Lagerhallen eingesetzt werden, um herauszufinden, ob eine dauerhafte und zuverlässige Überwachung von Umweltparametern mit hoher Genauigkeit dem Unternehmen einen Mehrwert erbringen könnte. Nach Abschluss des Evaluationsvorgangs unterstützt das Fraunhofer Anwendungszentrum bei resultierenden Forschungsprojekten.

 

Anwendungsbeispiele:

Auf Basis der erfassten Daten können beispielsweise Qualitätseinbußen durch Feuchtigkeit während des Herstellungsprozesses erkannt werden. Auch die Lagerung von Rohstoffen bei optimalen Luftgütewerten lässt sich mit EnsiroAmbit nachweisen. Energiemanagement kann optimiert werden. Der Bedarf gezielter Beheizung oder Kühlung von Räumen oder Hallen der Produktionsumgebung lassen sich mit EnsiroAmbit aufdecken.

Highlights der EnsiroAmbit

  • Modular austauschbare Sensoren
  • Hohe Reichweite durch MIOTY-Funktechnologie
  • Wartungsfreiheit über den Evaluationszeitraum
  • Stromversorgung via USB-Schnittstelle oder Akku
  • Nutzung spezieller Fraunhofer-Heurisiken für Erhebung und Verbesserung der Datenqualität
  • IoT-Cloud für Datenauswertung und -speicherung

 

Kundenvorteile

 

  • Schnelle Identifikation potentieller Mehrwerte durch Sensorik im Unternehmen
  • Kurzfristig einsatzbereites Sensornetz für einen 3 oder 6 monatigen Testzeitraum
  • Kostengünstiges Komplettpaket
  • Beratung und Unterstützung
  • Möglichkeit fortführender Forschungsprojekte