OASE – Betriebsdiagnose „Tools und Methoden“
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Betriebsoptimierung für Gebäude – ICEBO ´08 OASE – Betriebsdiagnose „Tools und Methoden“ EnBop-Workshop, 22. Oktober 2008 Berlin Inhalt - Betriebsdiagnose 1. Beispiele aus der Praxis 2. Vorgehensweise 3. Werkzeuge 4. Diagnose und Klasifizierung von Maßnahmen 5. Erfahrungen aus dem Praxistest 6. Zusammenfassung und Ausblick Beispiele aus der Praxis Beispiele aus der Praxis RLT-Anlage: Betrieb von Ventilator und Rotationswärmetauscher Rotationswärmetauscher ist in Betrieb, während Ventilator still steht Betrieb Zuluft-Ventilator Betrieb des Rotationswärmetauschers Beispiele aus der Praxis RLT-Anlage: Betrieb von Ventilator und Heizregisterpumpe Pumpe läuft unabhängig von den Anlagenbetriebszeiten Betrieb Zuluft-Ventilator Betrieb Heizregisterpumpe Beispiele aus der Praxis Fernwärmeversorgung (Sekundärkreis) Pumpe läuft im ersten Sommer durchgehend r erster Somme Zirkulationspumpe Vorlauftemperatur Rücklauftemperatur er zweiter Somm Beispiele aus der Praxis Betrieb einer Grundwasserbrunnenpumpe Pumpe läuft unabhängig vom Bedarf Vorlauf-Rücklauf-Temperaturdifferenz Betrieb Brunnenpumpe Beispiele aus der Praxis Atriumtemperierung mittels Fußbodenheizung und natürlicher Lüftung unterschiedliche Freigabe von Heiz- und Kühlbetrieb 3-Tages-Mittel der Aussentemperatur Öffnung der Lüftungsklappen Betrieb der Fußbodenheizung (Umwälzpumpe) Beispiele aus der Praxis 70.000 Raumtemperatursteuerung über Präsenzmeldung ausserhalb der Nutzung Kühlen auf Standard-Sollwert 22°C 50.000 Verbrauch [kWh] Heizen auf Nutzer-Komfortwert 25°C 60.000 40.000 30.000 20.000 10.000 0 August 2006 Komfort-Betrieb (tagsüber) Stand-By (abends) September 2006 Oktober 2006 November 2006 Dezember 2006 Kälte Januar 2007 Wärme Februar 2007 März 2007 April 2007 Vorgehensweise Vorgehensweise Schnelle und effiziente Überprüfung der Automationsfunktionen durch fortgeschrittene Visualisierungstechniken Sensoren / Aktoren Automationsstation Management System Auswertungen im Rahmen der Betriebsdiagnose Vorgehensweise - Betriebsdiagnose Nutzen der vorhandenen Daten aus dem Gebäudeautomationssystem Moderne Visualisierungsmethoden für ein schnelles und effizientes Identifizieren von Optimierungsmaßnahmen. Prüfen von Schaltzeiten, Sollwerte, Regelsequenzen, Sytemfreigaben Abstimmen mit dem Bedarf Abstimmen der Komponenten und Systemen Maßnahmenpriorisierung Vorgehensweise Arbeitsschritte Energie-Check Definition eines sinnvollen Untersuchungsumfangs Ausstellung eines Energieausweises nach EnEV Datenaufbereitung Aufbereiten des GA-Exports und Vorbereiten für die Visualisierung Datenvisualisierung Darstellung der ausgelesenen Daten mit Carpet-Plots und Scatter-Plots Kommentierung Kommentierung der Plots Hinweise auf Fehlfunktionen und Verbesserungsmöglichkeiten Maßnahmenkatalog Maßnahmenidentifikation und -klassifikation nach Einsparpotential und Kosten Diagnosebericht Zusammenfassung der kommentierten Visualisierung und des Maßnahmenkatalogs, Erläuterungen zur Betriebsdiagnose Diagnose-Werkzeuge Diagnose-Werkzeuge Diagnose-Werkzeuge Datenaufbereitung Schritt 1: Rohdaten Herausfiltern der Information Datenpunktname, Zeit und Messwert Synchronisation der Zeitreihen Auffüllen von Datenlücken Ersetzen von Textwerten (z.B. ein/aus) SQLDatenbank Ausgabe in Datenbank-lesbarem Format Datenaufbereitung Schritt 2: Ausgabe in MATLAB-lesbarem Format Umbenennen der Datenpunkte in verständlichen Code MATLAB Festlegung der Skalen für die Darstellung Diagnose-Werkzeuge Filtern der Information aus den Rohdaten – vier Beispiele • Datenpunktname • Zeit • Messwert Diagnose-Werkzeuge Schritt 1: Rohdaten ImportService Analysetool Konverter Zeitsynchronisation Textersetzungen Herausfiltern der Information Datenpunktname, Zeit und Messwert Synchronisation der Zeitreihen Auffüllen von Datenlücken Ersetzen von Textwerten (z.B. ein/aus) Ausgabe in Datenbank-lesbarem Format Datenbank Analyse Informationen aufbereitete Daten Diagnose-Werkzeuge Ausgabe in MATLABlesbarem Format Schritt 2: Datenbank Umbenennen der Datenpunkte in verständlichen Code Analyse Informationen Festlegung der Skalen für die Darstellung SQL txt MATLAB Datenpunktliste l MATLAB-Daten-File Übersicht Umbenennen Auswahl für Export Skalen festlegen Grenzwerte Virtuelle Daten Diagnose-Werkzeuge PIA Datenpunktbrowser Scatter-Plot-Matrizen MATLAB Diagnose-Werkzeuge PIA MATLAB Databrowser pm-Brush Exportieren der MATLAB-Grafiken Kommentierung der Grafiken Diagnosebericht Datenvisualisierung Datenvisualisierung Carpet-Plots für den Überblick über lange Zeiträume Datenpunkt Farbskalierung Datum Uhrzeit Messperiode schnelle Analyse von Zeitprofilen 1 Tag Woche Datenvisualisierung Datenpunkte Scatter-Plots zur Darstellung von Abhängigkeiten und Häufigkeiten Datenpunkte Zusammenhang zwischen Datenpunkten wird ersichtlich Analyse betrieblicher Zusammenhänge Histogramm des Datenpunktes Datenvisualisierung Zeitreihen zur Detailauswertung 45 14 40 12 35 Temperatur 25 8 VL Temperatur WP 20 RL Temperatur WP Mittl. Speichertemperatur WP 6 Anzahl Kompressoren 10 30 Verdichter WP 15 4 10 2 5 0 25.01.06 00:00 25.01.06 03:00 25.01.06 06:00 25.01.06 09:00 25.01.06 12:00 Datum Feinanalyse in Problemfällen 25.01.06 15:00 25.01.06 18:00 25.01.06 21:00 0 26.01.06 00:00 Diagnose und Maßnahmenklassifikation Diagnose Was wird untersucht: Einhaltung des Zeitprogramms Einhaltung der Sollwerte Einhaltung der Behaglichkeit im Winter Einhaltung der Behaglichkeit im Sommer Totbereich zwischen Heiz- und Kühlfunktion Heiz-/Kühlkurve Temperaturdifferenz Vorlauf-/Rücklauf Abstimmung der Funktionen Heizen/WRG/Kühlen Abgleich der Einzelkomponenten Systemübergreifender Abgleich Heizen Kühlen statische dynamische Systeme regenerative konventionelle Systeme Bedarf hinterfragen Beispiel: Abstimmung der Betriebszeiten mit den Nutzungszeiten Vorgabe Messergebnis Betrieb Zuluftventilator 0 4 8 12 16 20 24 Mo Di Mi Do Fr Sa So Reduktion der Betriebszeit nach Abstimmung mit den Nutzern Beispiel: Einhaltung von Wochenendbetrieb Vorgabe Messergebnis Regelventil Heizung 0 4 8 12 16 20 24 Mo Di Mi Do Fr Sa So durchgängiger Heizbetrieb am Wochende Beispiel: Übertemperaturen im Raum Raum überhitzt keine Überhitzung Beispiel: Abgleich der Betriebszeit von Einzelkomponenten Pumpe läuft unnötig Beispiel: Totbereichs zwischen Raumheizung und –kühlung Vorgabe Messergebnis Beispiel: Überprüfung der Gleichzeitigkeit von Heizen und Kühlen Regelventil Kühlen Vorgabe Regelventil Heizen Messergebnis Beispiel: Überprüfung der Be- und Entfeuchtungsfunktion befeuchten Messergebnis entfeuchten abs. Außenluftfeuchte abs. Ablutfeuchte abs. Abluftfeuchte Vorgabe ungenügende Beund Entfeuchtung abs. Außenluftfeuchte blau markiert: Entfeuchtungsbetrieb (Regelventil Kühler 100%) grün markiert: Befeuchtungsbetrieb (Regelventil Befeuchter 100%) jeweils während der Betriebszeit Maßnahmenklassifizierung Fehlerbehebung Wiederherstellen des Sollbetriebs Optimierung des Sollbetriebs: Betriebszeiten kürzen Betriebsperiode kürzen (Temperatur-)Sollwerte optimieren Massenfluss reduzieren Gleichzeitigkeit gegenläufige Prozesse verhindern Maßnahmenklassifizierung Festlegung von Prioritäten Einsparpotential hoch/mittel/gering Kosten Parametrierung Anpassung von Parametern der Regelung, Geringer Arbeitsaufwand, i.d.R. keine Kosten Programmierung Änderung von Regelcharakteristiken, Ablaufsequenzen etc. Geringer bis mittlerer Arbeitsaufwand, i.d.R. geringe Kosten Modernisierung Austausch von bestehenden Bauteilen und/oder Einbau von neuen/zusätzlichen Ausrüstungsteilen. Installationsaufwand, geringe bis mittlere Investitionen Erfahrungen aus dem Praxistest Erfahrungen aus dem Praxistest - Praxistest: im Test sechs Gebäude: Neubau, Bestand, Komplettsanierung, Teilsanierung drei Bürogebäude, Schule, Labor, Schwimmhalle unterschiedliche technische Ausstattung, daruter konventionelle Heiz- und Kühlsysteme, Raumlufttechnik, Wärmepumpen, Grundwassernutzung, Energiepfahlanlage, Betonkerntemperierung, Freie Kühlung Auswertezeitraum: 1 Monat bis 3 Jahre Erfahrungen aus dem Praxistest Die häufigsten Maßnahmen: Anpassung der Betriebszeiten von Systemkomponenten Einschränkung der witterungsbedingten Freigabe Anpassung der Betriebszeiten an die Nutzungszeit Verminderung des Volumenstroms Wiederherstellen von Betriebsfunktionen gezielte Optimierung spezieller Anlagen Erfahrungen aus dem Praxistest Einsparungen: Beispiel 1: Gesamtes Monitoring 200 MWh/a Fernwärme (27%) 20 MWh/a Strom (16%) Beispiel 2: Änderung der Pumpenlaufzeiten 10 MWh/a Wärme 500 kWh/a Strom Beispiel 3: Verbessertes Grundwassermanagement 15 MWh/a Strom (3%) Beispiel 4: Gesamte Betriebsoptimierung 1260 - 2200 MWh/a Fernwärme 360 MWh/a und 530 MWh/a Strom Erfahrungen aus dem Praxistest Erfahrungen aus dem Praxistest In jedem Gebäude gibt es fehlerhafte Einstellungen Optimierungspotential ist vorhanden Quantifizieren der Einsparungen schwierig - Messungen erfordern lange Beobachtungsperioden - Maßnahmen werden gleichzeitig durchgeführt - Berechnungen / Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen entfallen, da keine Investitionen anfallen Zusammenarbeit mit dem Betreiber manchmal schwierig Zusammenfassung und Ausblick Zusammenfassung Vorteile Energieeinsparung 5-30 % effizient und unmfassende Überprüfung keine zusätzliche Messtechnik erforderlich Maßnahmen auf Basis der vorhandenen Anlagentechnik geringe bis keine Investitionen Einsatzgebiete Gebäude mit vorhandener Gebäudeautomation Bestand Inbetriebnahme mehr → www.tib.uni-hannover.de „OASE“ Ausblick Betriebsprognose 0 4 8 12 16 20 24 Mo Di Mi Do Fr Sa So 0 4 8 12 T A U [°C ] 40 40 40 40 30 30 30 30 20 20 20 20 10 10 10 10 0 16 -10 20 24 T AU [°C ] -20 Mo Di Mi Do Fr Sa So 0 0 0 -10 -10 -1 0 -20 60 6 5 7 0 75 8 0 85 9 0 T VL , R eg .2 [°C] T A U [°C ] T A U [°C] -20 -2 0 0 50 10 0 m VL , R eg .2 [% ] 1 4 18 22 2 6 30 34 38 T V L , R eg. 1 [°C ] 0 50 10 0 m VL , R eg .1 [% ] Ausblick Simulation Ausblick Ko nz ep tio Vo n rp la nu ng De ta ilp la nu Au ng ss ch re Ve ib rg un ab g e Au sf ü In hru be n tri g Pr eb ob na eb hm et Ab e r i n M ah eb än m g e Nu elb und tz ese u FQ ng itig un Sg Pr FQ ob e SAb bet s c rie b Um hl ( u ss 1 J nu be ah tz un ric r ) g ht Funktionale Qualitätssicherung Planung Bau Bauherr, Projektsteuerer Architekt TGA-Planer Nutzung Betreiber, Nutzer Bauleitung Firmen FQS-Manager Voraussetzungen schaffen für Funktionale Qualität und FQS Funktionale Qualität prüfen, bewerten und dokumentieren regelmäßige FQS Prüfungen Betriebsoptimierung für Gebäude – ICEBO ´08 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Ruth David Ebert-Ingenieure GmbH & Co. KG Hanauer Straße 85 80993 München, Deutschland [email protected] ideen VERWIRKLICHEN
