Diagnose von Energieeffizienzproblemen eines Plus-Energie-Hauses durch Betriebsdatenanalyse

Abstract

In dieser Arbeit wird die Diagnose eines Wohngebäudes des Plus-Energiestandards vorgenommen, das in dem Betriebsjahr 2018 die nach der Berechnungsgrundlage nach DIN V 18599 berechneten Energieverbauchswerte für Heizung, Lüftung und Warmwasser deutlich überschritten hat. Die Heizwärme und Warmwasserversorgung erfolgt über Sole-Wasser-Wärmepumpen mit Unterstützung durch Solarthermie. Zur Analyse liegen monatliche Stromverbräuche und fünfminütige Temperaturmessungen aus der Heizungsanlage sowie eintägige Raumkomfortmessungen aus einer Wohnung vor. Innerhalb einer Betriebsdatenanalyse wird ein Vergleich des Energieverbrauchs nach der Normberechnung entsprechend DIN V 18599 und den Ablesedaten durchgeführt. Die Unterschiede zwischen den Normannahmen zu tatsächlichen Parametern werden dargestellt und eine Analyse der gemessenen Temperaturwerte der Heizungsanlage wird vorgenommen. Mithilfe einer modellbasierten Fehlererkennung auf Grundlage eines OpenModelica Modells der Heizungsanlage werden Fehler detektiert, die in einzelnen Monaten des Untersuchungszeitraums den Energieverbrauch beeinflussen. Simulationen bestimmter Fehlerszenarien liefern Erkenntnisse über den Einfluss möglicher Fehler und von Parameterabweichungen auf den erhöhten Energieverbrauch. Die Ergebnisse zeigen, dass die Solarthermieanlage im Betrachtungszeitraum kaum Wärmeenergie liefert. Außerdem haben abweichende Annahmen der DIN V 18599 in Bezug auf die Effizienz der Wärmepumpen und die Raumtemperatur einen großen Einfluss auf den Endenergiebedarf des Gebäudes. Die Ursache für den erhöhten Energiebedarf der Lüftungsanlage kann z.B. an einem abweichenden Volumenstrom oder an der gewählten Heizregistereinschalttemperatur liegen.

In this masterthesis, the diagnosis of a residential building of the plus energy standard is made, which in the operating year 2018 clearly exceeded the energy consumption values for heating, ventilation and hot water calculated according to the principle of DIN V 18599. The thermal heat and hot water supply are provided by brine-to-water heat pumps supported by solar thermal energy. Data of monthly electricity consumption and five-minute temperature measurements from the heating system as well as one-day room climate measurements from an apartment are available for analysis. Within an operating data analysis a comparison between the energy consumption from standard calculation according to DIN V 18599 and the readout data is carried out. Differences between standard assumptions of DIN V 18599 and actual parameters are presented and an analysis of the measured temperature values of the heating system is carried out. Using a model-based fault detection method based on an OpenModelica model of the heating system, particular faults are detected which influence the energy consumption in individual months of the investigation period. Simulations of certain fault scenarios provide knowledge about the influence of faults and parameter deviations on energy consumption. The results show that the solar thermal system hardly supplies any heat energy during the observation period. In addition, deviating assumptions of DIN V 18599 with regard to the efficiency of the heat pumps and the room temperature have a large influence on the final energy demand of the building. The reason for the increased energy requirement of the ventilation system can be, for example, a deviating volume flow or the selected switch-on temperature heating coil.