Masterarbeit Johanna Wilkens

 

Fehlermodellierung für raumlufttechnische Anlagenkomponenten

Komponentenfehler Urheberrecht: EBC Überblick der ausgesuchten Komponentenfehler unterteilt in Fehlerkategorien die ihre Ursache aufzeigen sowie einer Darstellung ihrer Auswirkungen

Ein suboptimaler Betrieb von gebäudetechnischen Energiesystemen erhöht den Energieverbrauch von Gebäuden um bis zu 18 % im Vergleich zu einem fehlerfrei funktionierenden System. Dieser gesteigerte Verbrauch wird durch unerkannte Fehler verursacht, die zudem Komforteinschränkungen bewirken können. Automatische Fehlererkennung und -diagnose (FDD) würden eine präventive Wartung des Systems ermöglichen, indem der beste Zeitpunkt für den Wartungs- und Reparaturprozess in Abhängigkeit vom tatsächlichen Zustand des Energiesystems vorhergesagt wird. Obwohl bereits verschiedene FDD Algorithmen zu diesem Zweck entwickelt wurden, erschweren fehlende Test- und Trainingsdatensätze der auftretenden Fehler die Implementierung in das Gebäudesystem. Eine Suche nach vollständigen Fehlerdatensätzen in Messdaten und kostenintensive Experimente zur Datenerzeugung sind zeitaufwändig und nicht alle Fehlerbilder können mit diesen Methoden quantifiziert werden.

Diese Arbeit stellt eine Fehlermodellbibliothek vor, die für Simulationen mit der AixLib, einer Open-Source Modelica-Bibliothek, entwickelt wurde, um die fehlenden Fehlerdatensätze für FDD Algorithmen bereitzustellen. Die zu modellierenden Fehler wurden nach ihrer Häufigkeit und ihrem Einfluss auf den Energieverbrauch ausgewählt. Bei der Modellierung wurde darauf geachtet, dass die Fehlermodelle dynamisch, komponentenorientiert und flexibel in verschiedenen Gebäudemodellen implementierbar sind. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden mit dem Referenzfall eines störungsfreien Betriebs und mit Veröffentlichungen von quantifiziertem fehlerhaftem Verhalten verglichen und belegen die realistische Wirkung der Fehlermodelle auf das Energiesystem.

Da die Fehlermodelle einfach in verschiedene Modelle zu implementieren sind, ermöglicht die Fehlerbibliothek die Erstellung von realistischen gebäudespezifischen Datensätzen eines fehlerhaften Betriebes. Zusätzlich heben die Simulationsergebnisse die Wichtigkeit von FDD Methoden hervor, da jeder Komponentenfehler entweder den Energieverbrauch erhöht oder die Komfortbedingung beeinträchtigt.