Virtuální senzory pro validaci dat a monitorování

Abstract

Úspora energie je jedním z hlavních témat v oboru řízení a diagnostiky budov. Jedním z největších spotřebitelů energie v komerčních budovách je HVAC systém (Heating, Ventilation and Air Conditioning). Úspory energie v systémech HVAC, lze dosáhnout novými metodami detekce a diagnostiky poruch (FDD) a sledováním výkonu těchto systémů. V praktické aplikaci nových FDD se setkáváme se dvěma zásadními problémy. První výzvou je absence senzorů potřebných k diagnostice systémů HVAC. Druhým problémem je obtížná konfigurace FDD metod pro konkrétní použití. Tato práce představuje virtuální senzory (VS) s automatickou konfigurací jako jedno z možných řešení tohoto problému. VS představují levnou alternativu pro chybějící skutečné senzory, pro automatickou konfiguraci FDD je použit informační model budovy (Building Information Model BIM). Informace potřebné pro automatickou konfiguraci VS jsou získány z BIM pomocí IFC ontologie. Dva druhy virtuálních senzorů jsou publikovány v této práci: Virtuální senzory hmotnostního průtoku vzduchu pro vzduchotechnickou jednotku (AHU) a virtuální senzor teploty unitř místnosti (obecně zóny). Laboratorní experimenty potvrdily, že navrhované virtuální senzory hmotnostního průtoku vzduchu mohou být použity jako náhrada za skutečný senzor hmotnostního průtoku vzduchu v FDD systémech. Virtuální senzor teploty zóny byl testován v reálné budově a výsledky potvrdily, že tento VS lze použít k ověření dat skutečného teplotního senzoru.

Power saving is one of the main topics of buildings management. In commercial buildings, the HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning) system is one of the largest energy consumers. The energy savings in the HVAC systems can be achieved by novel methods of fault detection and diagnostics (FDD) and performance monitoring. In practical application, the first challenge is the absence of the sensors needed to diagnose the HVAC systems; the second issue is the difficult configuration of the methods for a specific use. This work presents the possible solution using Virtual Sensors (VS) and automatic configuration. VS represent a low-cost alternative for missing real sensors, for the automatic FDD configuration the use of Building Information Model (BIM) is introduced. The information needed to configure the VS automatically is obtained from BIM using IFC ontology. This work presents two kinds of virtual sensors: The Virtual Mass Flow Sensors for an Air Handling Unit (AHU) and virtual sensor of zone temperature. Laboratory experiments have confirmed that the proposed Virtual Mass Flow Sensors can be utilized as a substitute for a physical mass flow rate sensor for monitoring and fault detection. The virtual sensor of zone temperature was tested in a real building, and the results confirmed that this VS could be used to data validation of the real temperature sensor.