DE102021130996A1

DE102021130996A1 - Verfahren zur fehlerprädiktion in einer hvac-anlage

Info

Publication number: DE102021130996A1
Application number: DE102021130996.4A
Authority: DE
Inventors: Tino Gehlert; Timo Christian Klenke
Original assignee: Viessmann Climate Solutions SE
Current assignee: Viessmann Climate Solutions SE
Priority date: 2021-11-25
Filing date: 2021-11-25
Publication date: 2023-05-25
Also published as: WO2023094064A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Vorhersage wetterbedingter Fehler in einer HVAC-Anlage beschrieben. Das Verfahren umfasst die Schritte (a) Überwachen einer Fehlerhistorie in der HVAC-Anlage; (b) Abspeichern von Außenbedingungen zum Zeitpunkt eines jeweiligen Fehlers; (c) Überwachen von Wettervorhersagen und Ermitteln einer Fehlereintrittswahrscheinlichkeit durch eine externe Recheneinheit anhand eines Abgleichs der Wettervorhersagen mit den abgespeicherten Außenbedingungen; und (d) Ableiten einer Vorhersage für das Auftreten eines wetterbedingten Fehlers in der HVAC-Anlage durch die externe Recheneinheit anhand eines Schwellenwerts für die Fehlereintrittswahrscheinlichkeit, wobei das Verfahren eine frühzeitige, individuelle und einfache Möglichkeit der Fehlervorhersage ermöglicht.

Description

TECHNISCHES FELD
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage wetterbedingter Fehler in einer HVAC-Anlage. Das Verfahren umfasst insbesondere das Ermitteln einer Fehlereintrittswahrscheinlichkeit anhand eines Abgleichs von Wettervorhersagen mit abgespeicherten Außenbedingungen, wobei das Verfahren eine frühzeitige, individuelle und einfache Möglichkeit der Fehlervorhersage ermöglicht.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, dass es ermöglicht, wetterbedingt auftretende Fehler in einer HVAC-Anlage auf einfache Weise frühzeitig vorherzusagen. Insbesondere soll das Verfahren individuell auf HVAC-Anlagen unterschiedlicher Art und Ausgestaltung anwendbar sein.
Es existieren eine Vielzahl an Betriebsparametern, die in HVAC Geräten kontinuierlich überwacht und über die Zeit ausgewertet werden, um mögliche Fehler bedingt durch Degradation bzw. Verschleiß frühzeitig zu erkennen. Jedoch gibt es immer wieder Fehlerfälle bzw. Störfälle, die sich anhand von Betriebsparametern alleine nur bedingt bzw. nicht schnell genug vorhersagen lassen, da sie von äußeren Umständen abhängen. Dies gilt insbesondere für Fehlerfälle bzw. Störfälle, die im Wesentlichen wetterbedingt bzw. witterungsbedingt sind.
Es wäre daher wünschenswert, das Auftreten eines Fehlers aufgrund von wetterbedingten äußeren Umständen individuell für unterschiedliche HVAC-Anlagen auf einfache Weise frühzeitig vorhersagen zu können.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Die oben genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, sowie des nebengeordneten Anspruchs 15 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf besondere Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Es wurde vorteilhaft gefunden, dass HVAC-Anlagen, bei denen wetterbedingte Störungen angezeigt werden, diese Störung mit hoher Wahrscheinlichkeit bei ähnlich wieder auftretenden Wetterbedingungen erneut zeigen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Vorhersage wetterbedingter Fehler in einer HVAC-Anlage umfasst daher den Schritt (a) des Überwachens einer Fehlerhistorie in der HVAC-Anlage. Das Überwachen der Fehlerhistorie ermöglicht dabei insbesondere eine individuelle Vorhersage unabhängig von Art, Einbausituation und Nutzung der Anlage, da die Fehlerhistorie für jede HVAC-Anlage individuell erfasst werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Vorhersage wetterbedingter Fehler in einer HVAC-Anlage umfasst weiterhin den Schritt (b) des Abspeicherns von Außenbedingungen zum Zeitpunkt eines jeweiligen Fehlers. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein Zusammenhang zwischen Außenbedingungen und einem in der HVAC-Anlage aufgetretenen Fehler hergestellt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich das Abspeichern eines Fehlertyps mit einer Bewertung zur Abhängigkeit des jeweiligen Fehlers von den Außenbedingungen umfassen. Eine solche Bewertung kann beispielsweise die Stärke des Einflusses (Scoring) der Außenbedingungen auf das Auftreten des jeweiligen Fehlers umfassen und zusätzlich zur nachfolgend beschriebenen Ermittlung der Fehlereintrittswahrscheinlichkeit herangezogen werden.
Der Begriff Fehlertyp ist dabei breit auszulegen und kann beispielsweise die Art des aufgetretenen Fehlers bezeichnen, wie etwa Temperatur-anhängig oder auch Temperatur- und Luftfeuchtigkeits-abhängig. In letzterem Fall kann die Bewertung dann beispielsweise auch ein differenziertes Scoring umfassen, etwa ein hohes Scoring für die Temperatur und ein niedriges Scoring für die Luftfeuchtigkeit. Zusätzlich kann auch eine spezifische Fehlerbezeichnung umfasst sein basierend auf der Ausgestaltung der HVAC-Anlage, also beispielsweise kritisches Taktverhalten, Überhitzung oder Gletschereisbildung.
Das Überwachen der Fehlerhistorie und das Abspeichern der Außenbedingungen zum Zeitpunkt eines jeweiligen Fehlers kann abhängig von Art und Ausgestaltung der HVAC-Anlage manuell durch die Eingabe eines Technikers, durch eine Steuereinheit in der HVAC-Anlage oder auch über eine Schnittstelle mittels einer externen Recheneinheit erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist diesbezüglich nicht eingeschränkt. Auf diese Weise lässt sich das Verfahren vorteilhaft individuell auf HVAC-Anlagen unterschiedlicher Art und Ausgestaltung implementieren.
Ebenso kann das beschriebene Abspeichern des Fehlertyps zusammen mit der Bewertung zur Abhängigkeit von den Außenbedingungen beispielsweise durch einen Techniker an der HVAC-Anlage selbst vorgenommen werden, etwa über eine Applikation (App). Das Abspeichern eines Fehlertyps mit einer Bewertung zur Abhängigkeit des jeweiligen Fehlers von den Außenbedingungen, vorzugsweise Wetterbedingungen, kann aber auch durch eine Steuereinheit in der HVAC-Anlage oder auch über eine Schnittstelle mittels einer externen Recheneinheit erfolgen.
In einer überdies bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in Schritt (b) ein zeitlicher Verlauf der Außenbedingungen über einen vorbestimmten Zeitraum Δt bis zum Zeitpunkt des jeweiligen Fehlers abgespeichert werden. Die Länge des Zeitraums Δt vor dem Auftreten eines Fehlers (einer Störung) ist hierin nicht eingeschränkt. Der Zeitraum Δt kann beispielsweise eine kurze Zeitspanne von 1h bis 8h, vorzugsweise 2h bis 6h, besonders bevorzugt 3h bis 4h umfassen. Der Zeitraum kann aber auch eine Länge von 2 bis 4 Tagen, bevorzugt 3 Tagen umfassen. Ein solcher sogenannter Betrachtungszeitraum erlaubt vorteilhaft eine frühzeitige Vorhersage über das mögliche Auftreten eines Fehlers zu treffen, da nicht nur die auf einen bestimmten Zeitpunkt bezogenen Außenbedingungen, sondern Verläufe über einen vordefinierten Zeitraum gespeichert und zur Vorhersage herangezogen werden können.
Ebenfalls nicht eingeschränkt ist die Erfassungsrate der Außenbedingungen innerhalb des Zeitraums Δt. Außenbedingungen können beispielsweise stündlich, halb-stündlich aber auch in längeren Intervallen innerhalb des Betrachtungszeitraums erfasst und abgespeichert werden.
Der Begriff Außenbedingungen ist hierin breit auszulegen. Außenbedingungen können grundsätzlich jegliche, im äußeren Umfeld der Anlage durch eine aktuelle Wetterlage ursächlich auftretende Bedingungen sein, wie beispielsweise Windgeschwindigkeit, UV-Index, Temperatur und Luftfeuchtigkeit. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Außenbedingungen eine Temperatur und/oder eine Luftfeuchtigkeit beinhalten. Diese können beispielsweise mittels einzelner Sensoren oder mittels eines kombinierten Sensors für Temperatur und Luftfeuchtigkeit gemessen werden. Der oder die Sensoren können dabei im Umfeld der HVAC-Anlage oder in der HVAC-Anlage selbst vorgesehen sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können zusätzlich Informationen über den Aufstellort der HVAC-Anlage gespeichert werden. Der Aufstellort kann dabei den geographischen Aufstellort, den Aufstellort in Bezug auf ein Gebäude, also beispielsweise Keller oder Außenbereich, sowie Informationen über den baulichen Zustand des Aufstellorts, wie etwa Dämmung, und/oder die Aufstellhöhe der HVAC-Anlage umfassen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Außenbedingungen Wetterbedingungen am Aufstellort der HVAC-Anlage beinhalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Vorhersage wetterbedingter Fehler in einer HVAC-Anlage umfasst weiterhin den Schritt (c) des Überwachens von Wettervorhersagen und des Ermittelns einer Fehlereintrittswahrscheinlichkeit durch eine externe Recheneinheit anhand eines Abgleichs der Wettervorhersagen mit den abgespeicherten Außenbedingungen.
Der Begriff externe Recheneinheit ist hierin breit auszulegen. Eine externe Recheneinheit kann beispielsweise Ausgestaltungen ausgehend von einem direkt per Kabel verbundenen Endgerät umfassen bis hin zu einem über ein Netzwerk angeschlossenes Rechenzentrum (Cloud). Besonders bevorzugt ist die externe Recheneinheit jedoch eine Cloud.
Sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich Informationen über den Aufstellort der HVAC-Anlage gespeichert, so können die Wettervorhersagen basierend auf dem Aufstellort der HVAC-Anlage überwacht werden.
Die Art und Weise, wie die Fehlereintrittswahrscheinlichkeit ermittelt wird, ist erfindungsgemäß nicht eingeschränkt. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Fehlereintrittswahrscheinlichkeit basierend auf der Extraktion von Datenpunkten aus multivariaten Zeitreihen von Außenbedingungen gleicher Dauer und Auflösung ermittelt werden.
Beispielsweise kann die Fehlereintrittswahrscheinlichkeit wie folgt ermittelt werden:

Es werden multivariate Zeitreihen von Wetterdaten (beispielsweise Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit, UV-Index und/oder Windgeschwindigkeiten) gleicher Dauer (beispielsweise 3 Tage) und Auflösung (beispielsweise stündlich) verglichen. Aus jeder dieser Zeitreihen wird über geeignete Aggregation ein Datenpunkt zeitunabhängiger Eigenschaften extrahiert (beispielsweise Mittelwert der Temperatur, maximaler Anstieg der Luftfeuchtigkeit, maximale Windgeschwindigkeit). Zwischen den daraus entstehenden Datenpunkten wird eine geeignete Distanzmetrik (beispielsweise euklidisch) zur Ähnlichkeitsbestimmung gewählt. Je näher sich zwei Datenpunkte sind (d.h. je kleiner die Distanzmetrik ist), desto ähnlicher sind sich die beiden Wetter-Zeitreihen, aus denen die entsprechenden Datenpunkte gebildet wurden. Die Metrik lässt sich über Gewichte an verschiedene Fehlertypen anpassen, so dass für einen Temperatur-abhängigen Fehler ein höheres Gewicht (beispielsweise über das Scoring) auf die Temperatur-Dimension der Datenpunkte gelegt wird und zwei Wetterlagen als ähnlicher betrachtet werden je ähnlicher sich die Temperaturen (bzw. deren Veränderung) dieser beiden Wetterlagen sind.

Über ein geeignetes Clustering-Verfahren lassen sich für jeden wetterabhängigen Fehler ein entsprechender Cluster-Mittelpunkt zuweisen und die Distanz eines Datenpunktes zu dem Cluster-Mittelpunkt eines Fehlers gibt die Eintrittswahrscheinlichkeit dieses Fehlers wieder (je geringer die Distanz, desto wahrscheinlicher ist der Fehler).
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Vorhersage wetterbedingter Fehler in einer HVAC-Anlage umfasst außerdem den Schritt (d) des Ableitens einer Vorhersage für das Auftreten eines wetterbedingten Fehlers in der HVAC-Anlage durch die externe Recheneinheit anhand eines Schwellenwerts für die Fehlereintrittswahrscheinlichkeit. Bei einer Fehlereintrittswahrscheinlichkeit zwischen 0 (Fehler tritt nicht wieder auf) und 1 (Fehler tritt wieder auf), kann beispielsweise ein Schwellenwert von 0,5 festgelegt werden. Bei Überschreiten des Schwellenwerts kann dann die Vorhersage lauten, dass der Fehler wieder eintritt und bei Unterschreiten, dass der Fehler nicht wieder eintritt. Der Schwellenwert kann je nach Art und Ausgestaltung der HVAC-Anlage, sowie beispielsweise auch in Abhängigkeit des Aufstellorts jedoch individuell angepasst werden, sowie die Vorhersage differenziert für verschiedene Werte oberhalb des Schwellenwerts angepasst werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die externe Recheneinheit mindestens einen Server und mindestens eine Applikation umfassen und die Schritte (c) und (d) können mittels der mindestens einen Applikation durchgeführt werden, wobei optional in Schritt (c) die Fehlereintrittswahrscheinlichkeit mittels Maschinellem Lernen ermittelt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Fehlerwarnung für die HVAC-Anlage ausgegeben werden, falls die ermittelte Fehlereintrittswahrscheinlichkeit den Schwellenwert überschreitet. Beispielsweise kann eine solche Warnung über eine Applikation (App) ausgegeben werden. Alternativ, oder zusätzlich, kann eine solche Warnung aber auch visuell oder hörbar, etwa an der Anlage selbst, erfolgen.
Alternativ, oder zusätzlich, kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Meldung an einen Techniker erfolgen, falls die ermittelte Fehlereintrittswahrscheinlichkeit den Schwellenwert überschreitet. Beispielsweise lässt sich eine Hochdruckstörung bei hoher Luftfeuchtigkeit im Sommer oder bei sehr kalten Temperaturen nicht vermeiden. Falls die ermittelte Fehlereintrittswahrscheinlichkeit den Schwellenwert überschreitet, d.h. wenn es als wahrscheinlich angesehen wird, dass der Fehler wieder eintritt, kann die Meldung an den Techniker erfolgen, noch einen Tag abzuwarten, da der Fehler vermutlich nicht dauerhaft ist. Bei einer Hochdruckstörung in der Übergangszeit hingegen kann die Meldung erfolgen, einen Einsatz durchzuführen.
Des Weiteren alternativ, oder zusätzlich, kann gemäß einer überdies bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ein regelungstechnischer Eingriff in der HVAC-Anlage erfolgen, falls die ermittelte Fehlereintrittswahrscheinlichkeit den Schwellenwert überschreitet. Ein regelungstechnischer Eingriff kann beispielsweise die Anpassung von Betriebsparametern umfassen, wie z.B. bei einem Gas-Wand-Gerät der Parameter für den Sturm-Modus oder bei einer Wärmepumpe eine Abtauzeitverlängerung und/oder das Zuschalten eines E-Heizers bei Gletschereis-Bildung.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zusätzlich zu den Außenbedingungen in Schritt (b) der zeitliche Verlauf mindestens eines Betriebsparameters der HVAC-Anlage über einen vorbestimmten Zeitraum Δt bis zum Zeitpunkt des jeweiligen Fehlers abgespeichert werden, wobei dann in Schritt (c) die Fehlereintrittswahrscheinlichkeit zusätzlich anhand des gespeicherten Verlaufs des mindestens einen Betriebsparameters ermittelt werden kann. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein Nutzerprofil erstellt und zur Ermittlung der Fehlereintrittswahrscheinlichkeit herangezogen werden. Wird beispielsweise die Laufzeit und die Leistung einer Wärmepumpe im überwachten Zeitraum mit den gespeicherten Daten verglichen, so kann anhand dieses Vergleichs die Genauigkeit der Vorhersage dahingehend verbessert werden, dass ähnliches Wetter und ähnlicher Heizbedarf ein ähnliches Nutzerprofil ergeben, und damit zum Zeitpunkt der vorhergesagten Wetterbedingungen eine vergleichbare Laufzeit und Leistung angenommen werden kann.
Die Art der HVAC-Anlage ist erfindungsgemäß ebenfalls nicht eingeschränkt, so kann die HVAC-Anlage beispielsweise ein Gas-Wand-Gerät oder eine Wärmepumpe sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die HVAC-Anlage jedoch insbesondere eine Wärmepumpe sein.
Ein erfindungsgemäßes System zur Vorhersage wetterbedingter Fehler in einer HVAC-Anlage umfasst eine HVAC-Anlage mit einer Steuereinrichtung und einer Schnittstelle, sowie eine externe Recheneinheit, welche mit der HVAC-Anlage über die Schnittstelle verbunden ist, wobei das System zur Durchführung des hierin beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist.
Das erfindungsgemäße System kann überdies zusätzlich jeweils einen einzelnen oder einen kombinierten Temperatursensor und Luftfeuchtigkeitssensor umfassen.
Überdies kann die HVAC-Anlage auch eine Vorrichtung zur manuellen oder ferngesteuerten (beispielsweise über eine App) Dateneingabe oder -ausgabe umfassen.
Figurenliste

1 bis 4 zeigen schematisch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, sowie des erfindungsgemäßen Systems.
1 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Systems zur Vorhersage wetterbedingter Fehler in einer HVAC-Anlage.
2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines Systems zur Vorhersage wetterbedingter Fehler in einer HVAC-Anlage.
3a und 3b zeigen schematisch eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Vorhersage wetterbedingter Fehler für eine als Wärmepumpe ausgestaltete HVAC-Anlage.
4a und 4b zeigen schematisch eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Vorhersage wetterbedingter Fehler für eine als Gas-Wand-Gerät ausgestaltete HVAC-Anlage.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN UND BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden werden Beispiele bzw. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Gleiche bzw. ähnliche Elemente in den Figuren können hierbei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sein, manchmal allerdings auch mit unterschiedlichen Bezugszeichen.
Es sei hervorgehoben, dass die vorliegende Erfindung jedoch in keiner Weise auf die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Ausführungsmerkmale begrenzt bzw. eingeschränkt ist, sondern weiterhin Modifikationen der Ausführungsbeispiele umfasst, insbesondere diejenigen, die durch Modifikation der Merkmale der beschriebenen Beispiele bzw. durch Kombination einzelner oder mehrerer Merkmale der beschriebenen Beispiele im Rahmen des Schutzumfanges der Ansprüche umfasst sind.
In 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zur Vorhersage wetterbedingter Fehler in einer HVAC-Anlage schematisch dargestellt. Das in 1 gezeigte System 100 umfasst eine HVAC-Anlage 101 mit einer Steuereinrichtung und einer Schnittstelle (nicht gezeigt), sowie eine externe Recheneinheit 102, in der Ausführungsform in 1 als Cloud ausgestaltet. Die externe Recheneinheit 102 ist über die Schnittstelle mit der HVAC-Anlage verbunden 104.
Das in 1 gezeigte System 100 ist zur Durchführung des hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. In Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Fehlerhistorie in der HVAC-Anlage 101 überwacht. Dies kann abhängig von Art und Ausgestaltung der HVAC-Anlage 101 manuell durch die Eingabe eines Technikers, durch die Steuereinheit in der HVAC-Anlage 101 oder auch über die Verbindung 104 mit der externen Recheneinheit 102 mittels der Schnittstelle der HVAC-Anlage 101 erfolgen.
In Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Außenbedingungen zum Zeitpunkt eines jeweiligen Fehlers in der HVAC-Anlage 101 abgespeichert. Auch dies kann abhängig von Art und Ausgestaltung der HVAC-Anlage 101 manuell durch die Eingabe eines Technikers, durch die Steuereinheit in der HVAC-Anlage 101 oder auch über die Verbindung 104 mit der externen Recheneinheit 102 mittels der Schnittstelle der HVAC-Anlage 101 erfolgen.
Wie bereits dargelegt, ist der Begriff Außenbedingungen hierin breit auszulegen. Außenbedingungen können grundsätzlich jegliche, im äußeren Umfeld der Anlage durch eine aktuelle Wetterlage ursächlich auftretende Bedingungen sein, wie beispielsweise Windgeschwindigkeit, UV-Index, Luftdruck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Außenbedingungen eine Temperatur und/oder eine Luftfeuchtigkeit beinhalten.
Bezugnehmend auf die in den 3a und 3b dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bedeutet dies, dass die jeweiligen diskreten Werte für Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der als Wärmepumpe 200 ausgestalteten HVAC-Anlage zum Zeitpunkt des Fehlerereignisses 203 abgespeichert werden. Wie in 2 dargestellt, kann das System 100 hierzu zusätzlich jeweils einen einzelnen Temperatursensor 106 und Luftfeuchtigkeitssensor 107 umfassen. Alternativ, kann das System 100 auch einen kombinierten Temperatursensor und Luftfeuchtigkeitssensor umfassen. Bezugnehmend auf die 4a und 4b sind es entsprechend diskrete Werte für die Temperatur und Windgeschwindigkeit in einem Gas-Wand-Gerät 300, die mittels entsprechender Sensoren ermittelt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in Schritt (b) ein zeitlicher Verlauf der Außenbedingungen über einen vorbestimmten Zeitraum Δt bis zum Zeitpunkt des jeweiligen Fehlers abgespeichert werden. Die Länge des Zeitraums Δt vor dem Auftreten eines Fehlers (einer Störung) ist hierin nicht eingeschränkt. Der Zeitraum Δt kann beispielsweise eine kurze Zeitspanne von 1h bis 8h, vorzugsweise 2h bis 6h, besonders bevorzugt 3h bis 4h umfassen. Der Zeitraum kann aber auch eine Länge von 2 bis 4 Tagen, bevorzugt 3 Tagen umfassen. Bezugnehmend auf die 3a ist der Zeitraum Δt 204 als Betrachtungszeitraum beginnend bei t = 0 bis zum Eintritt des Fehlerereignisses 203 dargestellt. Entsprechendes gilt für die 4a.
Erfindungsgemäß ebenfalls nicht eingeschränkt ist die Erfassungsrate der Außenbedingungen innerhalb des Betrachtungszeitraums Δt. Außenbedingungen können beispielsweise stündlich, halb-stündlich aber auch in längeren Intervallen innerhalb des Betrachtungszeitraums erfasst werden. Anhand der erfassten diskreten Werte können dann entsprechende Verläufe 201, 202, 301, 302 erstellt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können zusätzlich Informationen über den Aufstellort der HVAC-Anlage gespeichert werden. Der Aufstellort kann dabei den geographischen Aufstellort, den Aufstellort in Bezug auf ein Gebäude, also beispielsweise Keller oder Außenbereich, sowie Informationen über den baulichen Zustand des Aufstellorts, wie etwa Dämmung, und/oder die Aufstellhöhe der HVAC-Anlage umfassen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Außenbedingungen Wetterbedingungen am Aufstellort der HVAC-Anlage beinhalten.
In Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Vorhersage wetterbedingter Fehler in einer HVAC-Anlage werden Wettervorhersagen 103 überwacht und eine Fehlereintrittswahrscheinlichkeit durch die externe Recheneinheit 102 anhand eines Abgleichs der Wettervorhersagen 103 mit den abgespeicherten Außenbedingungen ermittelt.
Bezugnehmend auf die 3b, ist die Ermittlung der Fehlereintrittswahrscheinlichkeit anhand des Abgleichs der Wettervorhersage mit den abgespeicherten Außenbedingungen schematisch dargestellt. So kann aus der überwachten Wettervorhersage 209, vorzugsweise am Aufstellort der HVAC-Anlage, ebenfalls ein Verlauf für die Temperatur 205 und die Luftfeuchtigkeit 208 vorhergesagt und mit den abgespeicherten Verläufen abgeglichen werden (gestrichelte Linien). Anhand der Ähnlichkeit des vorhergesagten mit den abgespeicherten Verläufen ergibt sich dann ein Fehleranfälliger Bereich 207 für welchen eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für das erneute Auftreten eines jeweiligen Fehlers 206 ermittelt werden kann, wie bereits beschrieben.
Die 3a und 3b zeigen das Verfahren exemplarisch für eine als Wärmepumpe 200 ausgestaltete HVAC-Anlage. 4a und 4b zeigen dies exemplarisch für eine als Gas-Wand-Gerät 300 ausgestaltete HVAC-Anlage. Hier wird anstelle der Luftfeuchtigkeit analog die Windgeschwindigkeit betrachtet 301, 308.
In Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorhersage für das Auftreten eines wetterbedingten Fehlers in der HVAC-Anlage durch die externe Recheneinheit anhand eines Schwellenwerts für die Fehlereintrittswahrscheinlichkeit abgeleitet. Bei einer Fehlereintrittswahrscheinlichkeit zwischen 0 (Fehler tritt nicht wieder auf) und 1 (Fehler tritt wieder auf), kann beispielsweise ein Schwellenwert von 0,5 festgelegt werden. Bei Überschreiten des Schwellenwerts kann dann die Vorhersage lauten, dass der Fehler wieder eintritt und bei Unterschreiten, dass der Fehler nicht wieder eintritt. Der Schwellenwert kann je nach Art und Ausgestaltung der HVAC-Anlage, sowie beispielsweise auch in Abhängigkeit des Aufstellorts jedoch individuell angepasst werden, sowie die Vorhersage differenziert für verschiedene Werte oberhalb des Schwellenwerts angepasst werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die externe Recheneinheit mindestens einen Server und mindestens eine Applikation umfassen und die Schritte (c) und (d) können mittels der mindestens einen Applikation durchgeführt werden, wobei optional in Schritt (c) die Fehlereintrittswahrscheinlichkeit mittels Maschinellem Lernen ermittelt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Fehlerwarnung für die HVAC-Anlage 101 ausgegeben werden 105, falls die ermittelte Fehlereintrittswahrscheinlichkeit den Schwellenwert überschreitet. Beispielsweise kann eine solche Warnung über eine Applikation (App) ausgegeben werden. Alternativ, oder zusätzlich, kann eine solche Warnung aber auch visuell oder hörbar, etwa an der HVAC-Anlage selbst, erfolgen.
Alternativ, oder zusätzlich, kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine Meldung an einen Techniker erfolgen 105, falls die ermittelte Fehlereintrittswahrscheinlichkeit den Schwellenwert überschreitet. Beispielsweise lässt sich eine Hochdruckstörung bei hoher Luftfeuchtigkeit im Sommer oder bei sehr kalten Temperaturen nicht vermeiden. Falls die ermittelte Fehlereintrittswahrscheinlichkeit den Schwellenwert überschreitet, d.h. wenn es als wahrscheinlich angesehen wird, dass der Fehler wieder eintritt, kann die Meldung an den Techniker erfolgen, noch einen Tag abzuwarten, da der Fehler vermutlich nicht dauerhaft ist. Bei einer Hochdruckstörung in der Übergangszeit hingegen kann die Meldung erfolgen, einen Einsatz durchzuführen.
Des Weiteren alternativ, oder zusätzlich, kann gemäß einer überdies bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ein regelungstechnischer Eingriff 105 in der HVAC-Anlage 101 erfolgen, falls die ermittelte Fehlereintrittswahrscheinlichkeit den Schwellenwert überschreitet. Ein regelungstechnischer Eingriff 105 kann beispielsweise die Anpassung von Betriebsparametern umfassen, wie z.B. bei einem Gas-Wand-Gerät der Parameter für den Sturm-Modus oder bei einer Wärmepumpe eine Abtauzeitverlängerung und/oder das Zuschalten eines E-Heizers bei Gletschereis-Bildung.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zusätzlich zu den Außenbedingungen in Schritt (b) der zeitliche Verlauf mindestens eines Betriebsparameters der HVAC-Anlage über einen vorbestimmten Zeitraum Δt bis zum Zeitpunkt des jeweiligen Fehlers abgespeichert werden, wobei dann in Schritt (c) die Fehlereintrittswahrscheinlichkeit zusätzlich anhand des gespeicherten Verlaufs des mindestens einen Betriebsparameters ermittelt werden kann. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein Nutzerprofil erstellt und zur Ermittlung der Fehlereintrittswahrscheinlichkeit herangezogen werden. Wird beispielsweise die Laufzeit und die Leistung einer Wärmepumpe im überwachten Zeitraum mit den gespeicherten Daten verglichen, so kann anhand dieses Vergleichs die Genauigkeit der Vorhersage dahingehend verbessert werden, dass ähnliches Wetter und ähnlicher Heizbedarf ein ähnliches Nutzerprofil ergeben, und damit zum Zeitpunkt der vorhergesagten Wetterbedingungen eine vergleichbare Laufzeit und Leistung angenommen werden kann.
Die Erfindung hat zahlreiche Vorteile. Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße System bieten eine einfache Möglichkeit der Fehlerprädiktion. Eine Fehlervorhersage kann früh getätigt werden, d.h. die Vorwarnzeit ist entsprechend lang im Gegensatz zu Methoden, beispielsweise in einer Wärmepumpe, die Gletschereisbildung zwar feststellen können, aber erst wenn diese begonnen hat. Außerdem bieten das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße System eine individuelle Lösung für jede HVAC-Anlage da eine Fehlerhistorie jeweils für die individuelle Anlage zur Prädiktion verwendet wird.
Bezugszeichenliste

100: System zur Vorhersage wetterbedingter Fehler in einer HVAC-Anlage
101: HVAC-Anlage
102: Cloud, externe Recheneinheit
103: Wettervorhersage
104: Verbindung zwischen HVAC-Anlage und externer Recheneinheit
105: Ausgabe Fehlerwarnung/Meldung, regelungstechnischer Eingriff
106: Temperatursensor
107: Luftfeuchtigkeitssensor
200: Wärmepumpe
201: abgespeicherter Verlauf der Luftfeuchtigkeit als Funktion der Zeit
202: abgespeicherter Verlauf der Temperatur als Funktion der Zeit
203: Fehler
204: Betrachtungszeitraum Δt
205: Abgleich Verlauf der Temperatur als Funktion der Zeit
206: Fehlereintrittswahrscheinlichkeit
207: Fehleranfälliger Bereich der Temperatur und Luftfeuchtigkeit
208: Abgleich Verlauf der Luftfeuchtigkeit als Funktion der Zeit
209: Wettervorhersage
300: Gas-Wand-Gerät
301: abgespeicherter Verlauf der Windgeschwindigkeit als Funktion der Zeit
302: abgespeicherter Verlauf der Temperatur als Funktion der Zeit
303: Fehler
304: Betrachtungszeitraum Δt
305: Abgleich Verlauf der Temperatur als Funktion der Zeit
306: Fehlereintrittswahrscheinlichkeit
307: Fehleranfälliger Bereich der Temperatur und Windgeschwindigkeit
308: Abgleich Verlauf der Windgeschwindigkeit als Funktion der Zeit
309: Wettervorhersage

Claims

Verfahren zur Vorhersage wetterbedingter Fehler in einer HVAC-Anlage, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Überwachen einer Fehlerhistorie in der HVAC-Anlage (101, 200, 300); (b) Abspeichern von Außenbedingungen (201, 202, 301, 302) zum Zeitpunkt eines jeweiligen Fehlers (203, 303); (c) Überwachen von Wettervorhersagen (103, 209, 309) und Ermitteln einer Fehlereintrittswahrscheinlichkeit (206, 306) durch eine externe Recheneinheit (102) anhand eines Abgleichs (205, 208, 305, 308) der Wettervorhersagen (103, 209, 309) mit den abgespeicherten Außenbedingungen (201, 202, 301, 302); und (d) Ableiten einer Vorhersage für das Auftreten eines wetterbedingten Fehlers in der HVAC-Anlage (101, 200, 300) durch die externe Recheneinheit (102) anhand eines Schwellenwerts für die Fehlereintrittswahrscheinlichkeit (206, 306).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (b) ein zeitlicher Verlauf der Außenbedingungen (201, 202, 301, 302) über einen vorbestimmten Zeitraum Δt (204, 304) bis zum Zeitpunkt des jeweiligen Fehlers (203, 303) abgespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Informationen über den Aufstellort der HVAC-Anlage (101, 200, 300) gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wettervorhersagen (103, 209, 309) basierend auf dem Aufstellort der HVAC-Anlage (101, 200, 300) überwacht werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenbedingungen (201, 202, 301, 302) Wetterbedingungen am Aufstellort der HVAC-Anlage (101, 200, 300) beinhalten.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenbedingungen (201, 202, 301, 302) eine Temperatur und/oder eine Luftfeuchtigkeit beinhalten.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Außenbedingungen (201, 202, 301, 302) in Schritt (b) der zeitliche Verlauf mindestens eines Betriebsparameters der HVAC-Anlage (101, 200, 300) über einen vorbestimmten Zeitraum Δt (204, 304) bis zum Zeitpunkt des jeweiligen Fehlers (203, 303) abgespeichert wird, wobei in Schritt (c) die Fehlereintrittswahrscheinlichkeit (206, 306) zusätzlich anhand des gespeicherten Verlaufs des mindestens einen Betriebsparameters ermittelt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich das Abspeichern eines Fehlertyps mit einer Bewertung zur Abhängigkeit des jeweiligen Fehlers (203, 303) von den Außenbedingungen (201, 202, 301, 302) umfasst.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Recheneinheit (102) mindestens einen Server und mindestens eine Applikation umfasst und die Schritte (c) und (d) mittels der mindestens einen Applikation durchgeführt werden, wobei optional in Schritt (c) die Fehlereintrittswahrscheinlichkeit (206, 306) mittels Maschinellem Lernen ermittelt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlereintrittswahrscheinlichkeit (206, 306) basierend auf der Extraktion von Datenpunkten aus multivariaten Zeitreihen von Außenbedingungen gleicher Dauer und Auflösung ermittelt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fehlerwarnung (105) für die HVAC-Anlage (101, 200, 300) ausgegeben wird, falls die ermittelte Fehlereintrittswahrscheinlichkeit (206, 306) den Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Meldung (105) an einen Techniker erfolgt, falls die ermittelte Fehlereintrittswahrscheinlichkeit (206, 306) den Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein regelungstechnischer Eingriff (105) in der HVAC-Anlage (101, 200, 300) erfolgt, falls die ermittelte Fehlereintrittswahrscheinlichkeit (206, 306) den Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die HVAC-Anlage (101, 200, 300) eine Wärmepumpe (200) ist.
System (100) zur Vorhersage wetterbedingter Fehler in einer HVAC-Anlage (101, 200, 300) umfassend eine HVAC-Anlage (101, 200, 300) mit einer Steuereinrichtung und einer Schnittstelle, sowie eine externe Recheneinheit (102), welche mit der HVAC-Anlage (101, 200, 300) über die Schnittstelle verbunden ist (104), dadurch gekennzeichnet, dass das System (100) zur Durchführung eines Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14 eingerichtet ist.