Summary (in dutch)
In nieuwe woningbouwprojecten kan gekozen worden voor het integreren van
waterleiding en riolering in muren en vloeren tijdens de constructiefase. Met name in de sociale woningbouw wordt deze integratie toegepast omdat de woningen opgebouwd worden uit prefabricated onderdelen.
Een grote voordeel van het integreren van de leidingen is dat er na de oplevering van de woning geen dure aanpassingen nodig zijn en dat de leidingen niet meer onzichtbaar zijn weggewerkt. AST Installatieprodukten B.V. heeft een systeem ontwikkeld waardoor waterleiding en riolering in prefabricated vloeren geïntegreerd kunnen worden. Het systeem biedt de toekomstig bewoner na de oplevering van de woning verschillende mogelijkheden om de ruimte in te delen, zoals zichtbaar is in figuur 1.
Uit de ruime ervaring van AST Installatieprodukten B.V. is gebleken dat ondanks een goede voorbereiding en de beschikbaarheid van bouwtekeningen het bepalen van de exacte locatie van de leidingen moeilijk is in de praktijk. AST Installatieproducten B.V. heeft de Technische Univeriteit Delft (DUT) gevraagd om de toepassing van RFID technologie te onderzoeken voor het detecteren en localiseren van de geïntegreerde leidingen.
Hoofdvraag: Is Radio Frequency Identification (RFID) toepasbaar voor het opsporen van leidingen in een betonnen constructie?
Het Innovatieve product van AST Installatietechniek B.V.
In onderstaande figuur (figuur 1) is te zien hoe de waterleiding, startend bij ‘water supply’, verdeeld wordt over drie mogelijke waterconsumptie punten. De toekomstig bewoner kan na de oplevering nog bepalen waar de douche, de wastafel en het toilet geplaatst kunnen worden.
In figuur 2 is een doorsnede van de vloer te zien. De smeervloer is een laag van cement die over het beton wordt gestort en dient als afwerking. De witte box (binnen de
stippellijn) bevat een opgerolde leiding, die gebruikt kan worden om de afstand tussen de vloer en de kraan te overbruggen.
Figuur 1: aanzicht van boven: vloer
met geïntegreerde waterleiding Figuur 2. Doorsnede van vloer met distributiepunt Water supply
18-21
‘smeer’ floor
5 cm
Distribution point
15 cm
Radio Frequency Identification
Verschillende RFID technologiën zijn beschikbaar voor de identificatie van objecten. Er is gekozen om deze experimenten uit de voeren met High Frequency technologie omdat dit een veelvuldig toegepaste techniek is in de industrie voor het identificeren van objecten. Ook heeft HF apparatuur een redelijke leesbaarheid in de nabijheid van
metalen voorwerpen. HF apparatuur werkt volgens het “inductive coupling” principe. (zie hoofdstuk 3.2.3)
Werkwijze
De experimenten bestaan uit 6 Verschillende tests. In de eerste serie testen zijn de prestaties van de apparatuur in kaart gebracht. In de tweede serie testen is de invloed op de leesbaarheid van de verschillende componenten bepaald.
• Test 1. Leesbaarheid, maximale en minimale leesafstand
• Test 2. Tag orientatie, verandert de leesbaarheid als orientatie van de tag wijzigt
• Test 3. Leesbaarheid van de tag op een leiding
• Test 4. tag-to-tag afstand, minimum afstand tussen tags
• Test 5. leesbaarheid van de tag op een met water gevulde leiding
• Test 6. leesbaarheid van een tag geïntegreerd in een betonnen proefstuk Alle tests zijn uitgevoerd in het RFID laboratorium van de TU Delft met HF apparatuur van Deister Electronic. De reader van het type “RDL 150 8742.520” is gebruikt in combinatie met 2 types “smarttags”.
1. Cement toplayer, 5cm (dutch: smeervloer)
3. Concrete layer, box integrated, 18-21 cm 2. Steel cable armouring layer
4. Armoring layer
5. Concrete Bottom layer, 5cm
Figure 3, Exploded view van vloerdeel met de vijf verschillende lagen en een “tag”
in te rr o g ato r
Radio frequency identification (RFID) (Identificatie met radiogolven) is een methode om van een afstand informatie op te slaan en te lezen van zogenaamde RFID-"tags" die op of in objecten zitten. Er bestaan actieve en passieve tags. Passieve RFID-tags kunnen zonder batterij zenden door energieomzetting van de radiogolven.[3]
Linkerzijde: RFID “interrogator” of “reader” Onderzijde: RFID-“tag”, zichtbaar in cirkel
Uitvoering van de testen
Figuur 4, testopstelling:
- Reader (bevestigd op vakwerk) - Tag bevindt zich in het testveld
Leesbaarheidstest (test 1-5)
De leesbaarheid van de apparatuur is bepaald door de tag in het veld te bewegen (zie figuur 4). Door voor elk vierkantje te bepalen of de tag wel of niet gelezen kan worden ontstaat een beeld van de prestaties van de apparatuur.
In figuur 5 is een excel tabel te zien met exact dezelfde afmetingen als het veld in figuur 4. De leesbare vierkantjes worden aangegeven met “1” en de onleesbare met “0”. Figuur 6 is een
voorbeeld van een oppervlakte grafiek. Deze
grafiek toont de leesbaarheid van 3 dezelfde testen. De verschillende kleuren geven aan hoe vaak de tag leesbaar was in het vierkant. Alle
leesbaarheidstesten worden uitgevoerd met 3 verschillende tags om een betrouwbaar resultaat te krijgen. -3 5 -3 0 -2 5 -2 0 -1 5 -1 0 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 5 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 10 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 15 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 20 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 25 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 30 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 35 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 X-axis (cm) 43,7% Z-a x is (c m) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 01 2 3 4 Z -axi s Y-axis
Figuur 5, Excel tabel Figuur 6, oppervlakte grafiek
Leesbaarheid van een geïntegreerde tag (test 6) Voor het bepalen van de leesbaarheid van een in beton geïntegreerde tag is gekozen voor een andere
testopstelling (zie figuur 7). Deze foto toont dezelfde opstelling als schematisch is weergegeven in figuur 3. Door de reader over het veld te bewegen (de tag beweegt nu niet!) worden de leesbare vierkantjes bepaald. Door voor dezelfde positie van de tag verschillende lagen (bv. cementlaag en bewapening) op te stapelen is de invloed van de verschillende vloerdelen bepaald.
Figure 7, reader op een nieuw grid De resultaten worden geregistreerd met behulp van de excel tabel en de oppervlakte grafiek (figuur 4 en 5).
Resultaten & Conclusies
In figuur 8 zijn de resultaten van de eerste leesbaarheidstest weergegeven (rechts). Ook is het theoretisch leesbaar oppervlak weergegeven horend bij HF apparatuur (links). Het leesgebied heeft de vorm van een klaver als de tag parallel gepositioneerd is t.o.v. de reader. De maximale afstand is ca. 33 cm. Deze gebieden geven de maximale
leesafstand aan van de gebruikte reader.
Invloed van de Tag oriëntaties op de leesbaarheid
Het roteren van een tag in hetzelfde vlak heeft geen invloed op de leesbaarheid van de tag. Ook is er geen verschil waar te nemen als de tag is omgedraaid. Ook resulteert het kantelen van de reader niet in een verandering in de leesbaarheid van de tags. Omdat de grote tag iets beter leesbaar is dan de kleine wordt deze tag verder gebruikt voor de tests. De tags geven in het bovenstaande veld de grootse leesbaarheid wanneer ze parallel t.o.v. van de reader geplaatst worden. Niet alleen de oppervlakte is groter maar ook de maximale afstand.
Invloed van de verschillende componenten op de leesbaarheid
De leesbaarheid van de tags verandert enkele procenten als de tag op een kunststof buis, een schuimrubberen doos, een afvalverdeler, afvalpijp of waterbuis geplakt is. De verminderde leesbaarheid is het resultaat van de vervorming van de tag (bijvoorbeeld buiging om een leiding). De rechthoekige tag heeft het beste resultaat als de tag in de lengterichting op de buis geplakt wordt. Het verkeerd opplakken kan leiden tot een vermindering van de leesbaarheid tussen de 10% en 26%, afhankelijke van de diameter van de buis.
Minimale afstand tussen tags
Met HF technologie is het niet mogelijk verschillende tags op hetzelfde moment te meten. De minimale afstand tussen twee verschillende tags is een afstand waarbij beide tags waarneembaar zijn na elkaar. De experimenten hebben niet geleid tot een absolute minumum afstand, wel is gebleken dat sterke tags een veld kunnen domineren
waardoor de tweede tag slecht leesbaar wordt. Omdat de tags bij de voorgestelde toepassing van AST Installatieproducten B.V. minimaal 15cm uit elkaar geplaatst zijn, zijn beide tags goed leesbaar en verstoren ze elkaar niet.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 2 0 25 3 0 35 01 2 3 4 Z-a x is X-axis I
Figuur 8, Vorm van het leesgebied van de reader – tag parallel gepositioneerd t.o.v. de reader. [4]
Invloed van een met water gevulde leiding op de leesbaarheid
De leesbaarheid verandert niet wanneer de tag op een met water gevulde leiding is geplakt. Het buigen van de tag om de leiding heeft zoals eerder genoemd in “invloed van de verschillende componenten op de leesbaarheid” wel invloed op de leesbaarheid. De uitgevoerde experiment geven geen uitsluitsel over de leesbaarheid van een tag tussen twee waterlagen.
Leesbaarheid van tags in een betonnen constructie
De leesbaarheid van de tag wordt met maximaal 10% gereduceerd als er een betonlaag of een smeervloer tussen de reader en de tag wordt geplaatst. Beton en cement hebben geringe invloed op de leesbaarheid. Het plaatsen van metalen wapeningen tussen tag en reader vermindert de leesbaarheid significant. De positionering van de wapening ten opzichte van de tag heeft ook een grote invloed op de leesbaarheid. Een goede positionering leidt tot een reductie van 20%, terwijl een slechte positionering leidt tot meer dan 30% vermindering van de leesbaarhied.
In onderstaande figuur zijn de verschillende vloerdelen op elkaar geplaatst. Er zijn twee tags geplakt aan de binnenzijde van het grote blok (rechts zichtbaar). De leesbaarheid van de tags is sterk gereduceerd, maar het is mogelijk om de tags te zien, waardoor het detecteren van de waterleiding ook mogelijk is. Wanneer er twee tags in de
schuimrubberen doos zijn geplaatst, met daarop wapeningen en een laag smeervloer, zoals in de praktijk dan zijn de tags nog steeds leesbaar zijn op een oppervlakte van 375 cm2 (op 15 punten).
Figuur 9, het is mogelijk om de locatie van de tag te bepalen
In onderstaande figuur is een schematische weergave te zien van een tag geplakt op een buis, die vervolgens gegoten is in het beton. Door de wapeningen en de smeervloer toe te voegen is onderstaande testopstelling is een goede benadering van de
werkelijkheid. De leesbaarheid van de tag is zeer afhandelijk van de afstand van de tag tot de reader. Wanneer de tag te ver van de reader is geplaatst is de tag niet meer leesbaar.
Figuur 10, geen leesbaarheid, wanneer de reader boven op het beton wordt geplaatst
Conclusie
Het uitgevoerde onderzoek laat zien dat het mogelijk is om HF-RFID technologie te gebruiken voor het lokaliseren van leidingen en distributiepunten in betonnen constructies, maar met enkele kanttekeningen.
• De afstand van de tag tot de reader mag niet te groot zijn, de maximale afstand is afhankelijk van het type materiaal tussen tag en reader.
• Metalen onderdelen hebben een negatieve invloed op de leesbaarheid van de tags. Door een goede positionering kunnen de negatieve effecten beperkt blijven.
• De leesbaarheid van de tag wordt niet of nauwelijks negatief beïnvloed door de verschillende componenten van het systeem van AST Installatietechniek B.V.
• Het buigen van de tag (bijvoorbeeld om leidingen) zorgt voor een vrij sterke reductie van de leesbaarheid.
Recommendations
Dit rapport laat zien dat HF technologie toepasbaar is voor het lokaliseren van tags in betonnen constructies. Echter, het bepalen van de exacte locatie met geschikte HF apparatuur is een volgende stap. De Deister HF RDL 150 reader is niet het type
apparaat dat je mee wilt nemen naar een bouwplaats. AST Installatieproducten B.V zou kunnen overwegen om een reader te laten ontwikkelen met een sterker magnetisch veld en een robuuste casing.
Om de exacte locatie te bepalen waar de tag zich bevindt is een procedure nodig over hoe de reader bewogen moet worden. De oppervlakte waar de tag leesbaar is kan 500cm2 (vaak een cirkelvorm) zijn waarbij het midden bepaald moet worden. Hiervoor is
enige ervaring nodig. Verder onderzoek is mogelijk om een geschikte procedure te bepalen
