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ModQS – Modellbasierte Qualitätssicherung für den Gebäudebetrieb

ModQS – Modellbasierte Qualitätssicherung für den Gebäudebetrieb: Mit ModQS werden modellbasierte Methoden für die kontinuierliche Überwachung des Gebäudebetriebs genutzt.

Mit ModQS werden modellbasierte Methoden für die kontinuierliche Überwachung des Gebäudebetriebs genutzt. Das System erkennt Fehler in haustechnischen Systemen automatisch und benennt die Optimierungspotenziale.

© Fraunhofer ISE

Projektsteckbrief

Offizieller ProjekttitelModellbasierte Qualitätssicherung des energetischen Gebäudebetriebs
SoftwaretypMethodik
Laufzeit05/2010 bis 12/2013
KürzelModQS
Schwerpunkte

Projektbeschreibung

Gründe für den oftmals fehlerbehafteten und nicht optimalen Betrieb von Bestandsgebäuden sind in der Regel fehlende Methoden zur systematischen Datenerfassung und -aufbereitung, zur Fehlererkennung und -diagnose sowie zur Optimierung des Anlagenbetriebs. Hierbei fehlen zudem oftmals Konzepte, welche das Zusammenwirken verschiedener Subsysteme innerhalb einer komplexen gebäudetechnischen Struktur erfassen und dabei auch unsichere Randbedingungen berücksichtigen können. Mit ModQS wurden modellbasierte Methoden im Bereich des Gebäudeenergiemanagements zur Einregulierung von haustechnischen Systemen in Gebäuden entwickelt, welche eventuelle Fehler automatisch erkennen, Optimierungspotenziale aufzeigen und damit für die kontinuierliche Betriebsüberwachung genutzt werden können.

Fokus der Entwicklung

ModQS ist eine Erweiterung und Weiterentwicklung des Konzepts ModBen – Modellgestützte Betriebsführung von Gebäuden. Mit ModQS sollte nun das existierende Konzept um ein Bottom-Up-Verfahren erweitert werden. Auf Basis von Messwerten sollen die haustechnischen Systeme einreguliert und der Betrieb überwacht werden. Wie schon ModBen kommt auch ModQS mit einem Minimum an Informationen und Messwerten aus. Denn nur so ist das Konzept wirklich robust und praxistauglich.

Zunächst wird der Schwerpunkt der Erprobung von ModQS auf Systeme zur Wärmebereitstellung in Nichtwohngebäuden im Bestand gelegt. Später soll die Anwendung und Erprobung für weitere Systeme und Gebäudetypen erfolgen.

Erfolge

Im Verlauf des Forschungsprojektes wurden bereits existierende Methoden zur kontinuierlichen Betriebsüberwachung herangezogen und weiterentwickelt. Auf der Basis einer einheitlichen Datenpunktbezeichnung wurden automatisierte Fehlererkennungsalgorithmen implementiert. Das damit erzielte automatisierte Datenauswertungsverfahren basiert zum einen auf regelbasierten Methoden. Zum anderen wurden modellbasierte Verfahren zur Erkennung von Verschleißerscheinungen und Verschlechterungen innerhalb der gebäudetechnischen Versorgungssysteme entwickelt. Für eine kontinuierliche und automatisierte Betriebsoptimierung wurden weiterhin modellbasierte prädiktive Regelungsverfahren aufgezeigt. Außerdem wurden Methoden zum Reglerentwurf für hybride Systeme entwickelt. So beispielsweise eine Heizungsanlage, die sowohl wertekontinuierliche als auch diskrete Zustände aufweist. Die Methode wurde testweise für eine optimierte Kesselregelung in der Landesanstalt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz in Düsseldorf genutzt. Hierdurch konnte der Betrieb der Mehrkesselanlage effizienter gestaltet werden, indem die Zahl der Brennerstarts um den Faktor 10 reduziert und der Modulationsbereich vollständig ausgeschöpft wurde. Die erarbeiteten Methoden und Werkzeuge wurden an insgesamt sieben verschiedenen Demonstrationsgebäuden getestet, evaluiert und verbessert.

Projektpartner

Verantwortlich für die Projektkoordination, die Dokumentation des Standes der Technik, die Datenhaltung und -aufbereitung und die Anpassung und Weiterentwicklung von Verfahren zur automatisierten kontinuierlichen Betriebsüberwachung war das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE.

Die PLENUM Ingenieursgesellschaft übernahm die Auswahl der Gebäude und der Systeme und Teilsysteme für die Bestandsdatenerfassung, für das Monitoring und die Kurzzeitmessungen sowie für die Entwicklung von Verfahren zur Einregulierung und für die Umsetzung der erarbeiteten Methoden in den Demonstrationsgebäuden.

Die Technische Universität Hamburg-Harburg und die Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg entwickelten existierende Methoden zur Einregulierung, Modellbildung und Reglerparametrisierung weiter und unterstützten die Entwicklung von Verfahren zur Fehlererkennung und Fehlerdiagnose.

Die ennovatis GmbH wiederum war verantwortlich für die Bereitstellung von Hard- und Software, die Umsetzung der Datenakquise, die Weiterentwicklung der mobilen Technik zur Einregulierung der Anlagen („Smartbox“), für die Einbindung der entwickelten Verfahren in die ennovatis Software und die technische Standardisierung in Form von Richtlinienarbeit.

Weitere Perspektiven

Erkenntnisse aus dem Projekt flossen in die Richtlinienarbeit der German Facility Management Association (GEFMA) und des Arbeitskreises Maschinen- und Elektrotechnik staatlicher und kommunaler Verwaltungen (AMEV) ein.

Mehr Informationen hierzu im weiteren Projektverlauf.

Anwendungsreifes Produkt

Ein erstes Produkt ist der „ennovatis Smartcase“, ein mobiler Koffer mit Messinstrumenten. Er eignet sich zur Messung von Temperaturen, Zuständen und Energiedaten und lässt sich mit seinen zahlreichen Schnittstellen einfach nutzen. Er dient als mobiler Datenlogger zur Erfassung, Archivierung und Weiterleitung von Zählerständen, Temperaturen, Lärmpegeln, Schadstoffkonzentrationen, CO2-Konzentrationen, Feuchtigkeit usw. sowie von vielfältigen Energiedaten. Der Koffer ist nutzbar in der Wohnungswirtschaft, der Industrie, von Handel und Gewerbe, beratenden Ingenieuren sowie von Energieverantwortlichen in Städten und Kommunen. Das ennovatis Smartcase gibt es als Miet- und Kaufversion. Weitere Informationen bei der ennovatis GmbH.

Mehr Informationen hierzu im weiteren Projektverlauf.


Zusätzliche Informationen:

Koordination, Methodenentwicklung, Modellierung und Demogebäude
Fraunhofer ISE
Einregulierung, Modellbildung und Reglerparametrisierung
Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg, HAW
Weiterentwicklung von Software und mobiler Datenerfassung
ennovatis GmbH
Verfahren zur Einregulierung und Umsetzung Demogebäude
PLENUM Ingenieurgesellschaft für Planung Energie Umwelt mbH
  • ModQS – Modellbasierte Qualitätssicherung für den Gebäudebetrieb: Vorgehen bei einer Simulation bzw. Optimierung unter unsicheren Randbedingungen.
  • ModQS – Modellbasierte Qualitätssicherung für den Gebäudebetrieb: Visualisierung einer Fehlererkennungsroutine zur Erkennung von Sensorausfällen.
  • ModQS – Modellbasierte Qualitätssicherung für den Gebäudebetrieb: Beispiel für ein Modell zur Simulation eines Wärmeversorgungssystems und des thermischen Verhaltens eines Gebäudes.
  • ModQS – Modellbasierte Qualitätssicherung für den Gebäudebetrieb: Demoprojekt Kreispolizeibehörde Mettmann: Ein modernes Gebäude mit hohem Fensterflächenanteil und thermo-aktiven Bauteilsystemen (TABS) zur Wärmeübergabe.
  • ModQS – Modellbasierte Qualitätssicherung für den Gebäudebetrieb: Demoprojekt Bezirksregierung Düsseldorf
  • ModQS – Modellbasierte Qualitätssicherung für den Gebäudebetrieb: Demoprojekt Schule Sterntalerstraße Hamburg.
  • ModQS – Modellbasierte Qualitätssicherung für den Gebäudebetrieb: ennovatis Smartcase, der mobile Messkoffer.