Betriebsführung von RLT-Anlagen, Monitoring und Überwachung
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Fachverband Gebäude-Klima e. V. Betriebsführung von RLT-Anlagen, Monitoring und Überwachung Dipl.-Ing. Nicolas Réhault, Gruppenleiter Fraunhofer ISE Berlin, 14./15. April 2016 Betriebsführung von RLT-Anlagen, 1 Referent Betriebsführung von RLT-Anlagen, Monitoring und Überwachung Agenda • • • • Hintergründe und Beispiele Methoden zur Fehlererkennung und -diagnose Werkzeuge Fazit Betriebsführung von RLT-Anlagen, 2 Referent Hintergründe Technische und organisatorische Defizite Hohes Einsparpotential Hintergrund Status Quo Energieverbrauch Gebäude sind für 35% des Endenergieverbrauchs verantwortlich Energie-Einsparpotenzial im Bereich der Betriebsführung liegt bei 5-30%. Dabei handelt es sich häufig um gering investive Maßnahmen Viele Gebäude sind mit modernen GASystemen ausgestattet – diese sind aber nicht auf Fehleranalyse ausgelegt Schnittstellen zwischen GA und FM- und EMProzessen fehlen oder sind unzureichend GA: Gebäudeautomation Betriebsführung von FM: Facility Management RLT-Anlagen, 3 EM: Energiemanagement Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Hintergründe Betrieb RLT-Anlagen Status Quo 290.000 RLT-Geräte mit Kühlung in Deutschland * Erhebliche Energie- und Kosteneinsparpotenziale durch Betriebsoptimierung bis ~ 32 TWh/a * Trotz der gesetzlichen Pflicht nach § 12 EnEV wurden sehr wenige Anlagen energetisch inspiziert** Gebäudebetreiber müssen mit weniger mehr tun • Schrumpfende Budgets und begrenzte Personalressourcen • Komfort und Versorgungssicherheit gehen vor der Energieeffizienz • Keine geeigneten Werkzeuge für die Messdatenanalyse Automatisierungsgrad der Betriebsführung muss steigen um einen dauerhaft optimierten energetischen Gebäudebetrieb zu erreichen Quellen: * Chancen der energetischen Inspektion – FGK e.V. – 2012 ** Untersuchung Schiller engineering und ILK Dresden - 2013 Betriebsführung von RLT-Anlagen, 4 Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Hintergründe Fehlererkennung und -diagnose Typische Fehler Kein oder ungenügender Absenkbetrieb (Betriebszeiten zu lang) Betriebszeiten nicht abgestimmt (z.B. Ventilatoren, Umwälzpumpe) Gleichzeitiges Heizen und Kühlen Fehlender hydraulischer Abgleich Volumenströme zu hoch (Temperaturspreizung der Heiz- / Kühlkreise zu gering) Falsche Dimensionierung der Erzeugeranlagen (Takten, Teillastbetrieb) Fehler in der Messtechnik (z.B. falsche Wandlerfaktoren, falsch ausgelegte Zähler, nicht kalibrierte oder defekte Sensoren) Betriebsführung von RLT-Anlagen, 5 Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Hintergründe Identifizierte Fehler in Lüftungsanlagen Überlagerte Heiz- und Kühlsequenzen Um gebungs tem peratur[C] Betriebsführung von RLT-Anlagen, 6 Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Hintergründe Identifizierte Fehler in Lüftungsanlagen Defekte Sensoren Umgebungstemperatur Fehlerhafter Außenlufttemperaturfühler (-18°C bis +55°C im Juni) Falsches Eingangssignal für die Regelung Unkontrollierter Betrieb der gesamten Anlage Betriebsführung von RLT-Anlagen, 7 Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Hintergründe Identifizierte Fehler in Lüftungsanlagen Schwingendes Verhalten von Regelkreisen Beispiel: Zulufttemperatur Regler reagiert instabil auf Störungen Zusätzlicher Energieverbrauch Verschleiß der Komponenten Beeinträchtigung des thermischen Komforts Betriebsführung von RLT-Anlagen, 8 Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Hintergründe Was ist Fehlererkennung und -diagnose? Fehler Regler S törungen System Stellgrößen Messgrößen Quelle: G. Lichtenberg HAW • System (dynamisch) • Störung (Nutzereinfluss, Wetter, …) Fehler: • Fehlererkennung: Ist ein Fehler aufgetreten? • Fehlerdiagnose: Wo und welcher Fehler ist aufgetreten? • Fehlerauswirkung: in kWh, €, CO2, Komfort Betriebsführung von RLT-Anlagen, 9 Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Betriebsführung von RLT-Anlagen, Monitoring und Überwachung Agenda • Hintergründe und Beispiele • Methoden für Fehlererkennung und -diagnose • Werkzeuge • Fazit Betriebsführung von RLT-Anlagen, 10 Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Methoden Fehlererkennung und -diagnose Methoden - Übersicht Betriebsführung von RLT-Anlagen, 11 Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Methoden Fehlererkennung und -diagnose Methoden - Übersicht Betriebsführung von RLT-Anlagen, 12 Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Methoden Fehlererkennung und -diagnose Regelbasiert Satz von “If..then” Regeln Vorteile: • Einfache Algorithmen • Basiert auf physikalischen Grundlagen Nachteile: • Erfordert Expertenwissen • Zeitaufwändige Implementierung • Begrenzte Übertragbarkeit Betriebsführung von RLT-Anlagen, 13 Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Methoden Fehlererkennung und -diagnose Methoden - Übersicht Betriebsführung von RLT-Anlagen, 14 Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Methoden Fehlererkennung und -diagnose Qualitatives Modell Anstelle quantitativer Zahlenwerte werden qualitative Werte mit symbolischem Charakter, wie z.B. „viel“ oder „wenig“ verwendet Kombinationen aus qualitativen Werten jeder Eingangsgröße entsprechen verschiedenen Systemzuständen Übergangswahrscheinlichkeiten zwischen Zuständen werden aus fehlerfreien Trainingsdaten extrahiert Fig: Schröder 2003 Betriebsführung von RLT-Anlagen, 15 Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Methoden Probability of fault-free operation Fehlererkennung und -diagnose Qualitatives Modell: Beispiel Blaue Punkte: Messwerte Schwarze Bänder: Hohe Wahrscheinlichkeit für fehlerfreien Betrieb Helle Flächen: Hohe Wahrscheinlichkeit für fehlerhaften Betrieb Betriebsführung von RLT-Anlagen, 16 Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Methoden Fehlererkennung und -diagnose Methoden - Fazit Gegenüberstellung unterschiedlicher Methoden Performance: Sensitivität, Spezifität, etc. Robustheit: bzgl. Fehlertypen, Trainingsintervallen, Störungen Praxistauglichkeit: einfache Anwendbarkeit / Übertragbarkeit Möglichkeiten der Identifikation und Diagnose Evaluation und Optimierung der einzelnen Methoden Kombination unterschiedlicher Methoden Betriebsführung von RLT-Anlagen, 17 Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Betriebsführung von RLT-Anlagen, Monitoring und Überwachung Agenda • Hintergründe und Beispiele • Methoden für Fehlererkennung und -diagnose • Werkzeuge • Fazit Betriebsführung von RLT-Anlagen, 18 Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Werkzeuge Fehlererkennung und -diagnose Werkzeug Datastorage Datenverarbeitungswerkzeug • hdf5 database • Hohe Modularität User Interfaces: • GUI • Web • Konsole Webfront ends Ontology BIM ISO 50001 Data Storage FDD Toolbox Library Core Bibliotheken für Fehlererkennung und Diagnose Building specific benchmark Importer library Schnittstellen zu GAund EM-Systeme Mobile apps Visualization Statistical analysis FDD: Fault Detection and Diagnosis Betriebsführung vonGUI: Graphical User Interface RLT-Anlagen, 19 BIM: Building Information Modeling Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Werkzeuge Fehlererkennung und -diagnose Online-Visualisierung (beta-Version) Betriebsführung von RLT-Anlagen, 20 Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Fazit Fazit Automatische Fehlererkennung und -diagnose ist ein effizientes Hilfsmittel für die Betriebsführung von Gebäuden Datenzugänglichkeit und eine gute Datenqualität sind notwendig für die Implementierung von FED Amortisationszeiten von 1-3 Jahren können erreicht werden Integration der Methoden auf verschiedenen Ebenen in GA-Systeme In dezentralen Regeleinheiten z.B. RLT-Anlagen, Kühltürme, … Betriebsführung von RLT-Anlagen, 21 Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Fazit FuE Projekt OBSERVE OBSERVE (www.ob-serve.de) 2014-2017 – gefördert durch BMWi Entwicklung und Demonstration von Methoden zur automatischen Fehlererkennung und Diagnose Übertragung der Methoden Gebäudeautomationssysteme 5 Partner • Fraunhofer ISE • Hochschule für angewandte Wissenschaften Hamburg • IngSoft GmbH • PLENUM Ingenieurgesellschaft mbH • Kieback & Peter GmbH & Co.KG – Berlin Betriebsführung von RLT-Anlagen, 22 Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Dipl.-Ing. Nicolas Réhault [email protected] www.ise.fraunhofer.de T: 0761/45885352 Betriebsführung von RLT-Anlagen, 23 Nicolas Réhault © Fraunhofer ISE
