您的位置：首頁 >新聞中心 > 媒體關(guān)注 > 研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出創(chuàng)新的樓宇自控和智能評(píng)估的交互式工具
研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出創(chuàng)新的樓宇自控和智能評(píng)估的交互式工具
發(fā)布日期：2020-11-27 10:27:00 瀏覽：次
在未來的智能社區(qū)中，建筑必須擁有節(jié)能系統(tǒng)，提供絕對(duì)的舒適性，使居住者能夠獲得信息，適應(yīng)能源網(wǎng)的情況，促進(jìn)戰(zhàn)略維護(hù)。實(shí)現(xiàn)這些可交付成果的一個(gè)關(guān)鍵條件，是一個(gè)設(shè)計(jì)合理、裝備精良的樓宇自動(dòng)化和控制系統(tǒng)(BACS)。
因此，長(zhǎng)期解決方案需要能夠基于多種影響來評(píng)估和評(píng)估樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)性能的多標(biāo)準(zhǔn)方法。以馬士基麥肯尼莫勒研究所為首的團(tuán)隊(duì)，展開了對(duì)BACS的探索，并以“IBACSA: An interactive tool for building automation and control systems auditing and smartness evaluation”為題，于北京時(shí)間2020年9月1日發(fā)表于Building and Environment，旨為創(chuàng)新一個(gè)整體工具“IBACSA”，用于BACS評(píng)估和智能評(píng)估，使用基于質(zhì)量的多標(biāo)準(zhǔn)方法。
對(duì)IBACSA在一個(gè)案例研究大學(xué)建筑中的演示進(jìn)行了報(bào)道和評(píng)價(jià)，該建筑在能源效率方面的得分為79%，在維修和故障預(yù)測(cè)方面的得分為64%，在能源靈活性和存儲(chǔ)方面的得分為24%，在舒適度方面的得分為70%，在居住者信息方面的得分為84%。建議的工具是一個(gè)系統(tǒng)的樓宇初步及復(fù)古調(diào)試平臺(tái)的全面及方便易用的工具，確保新建及翻新的節(jié)能樓宇順利啟動(dòng)。
由于歐盟的建筑約占總能源消耗的40%，相當(dāng)于總二氧化碳排放的36%，以一種智能而經(jīng)濟(jì)的方式引入新的建筑技術(shù)和服務(wù)的環(huán)境效益是至關(guān)重要的。能耗的很大一部分用于滿足建筑的取暖、制冷、通風(fēng)和照明需求。在新的和經(jīng)過改造的節(jié)能建筑中，系統(tǒng)和服務(wù)的實(shí)際性能通常由先進(jìn)的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和控制，從而為理解能源和信息流動(dòng)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。建筑管理系統(tǒng)(BMS)，又稱建筑自動(dòng)化控制系統(tǒng)(BACS)，是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行控制、優(yōu)化和持續(xù)監(jiān)控的平臺(tái)。
預(yù)計(jì)到2025年，BACS的實(shí)施將會(huì)增加，因?yàn)闅W盟《建筑能源性能指令》(EPBD)的修訂版要求在一定規(guī)模和系統(tǒng)容量的非住宅建筑中強(qiáng)制安裝或改造此類系統(tǒng)。最終，該倡議可將歐盟服務(wù)構(gòu)件的總能耗降低20%。但是，在換位和實(shí)施方面，出現(xiàn)了一些重大問題;考慮到功能的不同，什么是可接受的和令人滿意的BACS設(shè)計(jì)?一個(gè)節(jié)能建筑最佳運(yùn)行所需的主要特征是什么?在考慮到各種規(guī)格和影響的情況下，如何評(píng)估和評(píng)價(jià)建筑物中的BACS ?要解決這些問題并完全支持建筑管理者未來的決策，就需要意識(shí)到智能建筑技術(shù)的好處和附加價(jià)值。
基于上述挑戰(zhàn)和提出的問題，許多研究從可實(shí)現(xiàn)的節(jié)能和減少二氧化碳排放的角度考察了實(shí)施BACS對(duì)能源性能的影響。此外，大量工作致力于改善建筑中單一能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、質(zhì)量和運(yùn)行，以及確保良好的熱圍護(hù)結(jié)構(gòu)。然而，在控制和整合建筑內(nèi)的各種組件和系統(tǒng)方面，關(guān)于整體建筑自動(dòng)化系統(tǒng)的規(guī)格和質(zhì)量的介紹很少。就作者所知，在價(jià)值鏈的任何部分都沒有一個(gè)公開的整體方法和工具，包括審計(jì)和建筑自動(dòng)化系統(tǒng)的智能評(píng)估。因此，無法獲得有價(jià)值的信息來進(jìn)行決策。這篇論文旨在解決未來政策目標(biāo)之間的缺失環(huán)節(jié)，即建立有效的、設(shè)計(jì)良好的和集成的建筑管理系統(tǒng)，以及現(xiàn)有的建筑審計(jì)和評(píng)估工具。因此，本研究開發(fā)了一套完整的工具，將為BACS的審計(jì)和評(píng)估，以及構(gòu)建智能度評(píng)估提供一個(gè)前所未有的工具。建議的工具是有系統(tǒng)的樓宇初步及復(fù)古調(diào)試平臺(tái)的重要組成部分，可確保新建及翻新的節(jié)能樓宇順利啟動(dòng)。這項(xiàng)工作是在“大廈通訊”計(jì)劃下進(jìn)行的，目的是發(fā)展和示范一套創(chuàng)新及新穎的軟件，用于自動(dòng)樓宇管理系統(tǒng)審核及樓宇連續(xù)啟用。該項(xiàng)目的可交付成果和解決辦法將允許進(jìn)行連續(xù)和自動(dòng)化的整個(gè)建筑性能測(cè)試，此外還將建立有系統(tǒng)的審計(jì)程序，協(xié)助設(shè)計(jì)下一代建筑管理系統(tǒng)。
修訂后的歐盟法規(guī)正推動(dòng)建筑存量成為更智能建筑]趨勢(shì)的一部分。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN15232定義的程序和指南是評(píng)估使用樓宇自動(dòng)化和控制系統(tǒng)對(duì)能源性能影響的基礎(chǔ)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了不同功能復(fù)雜性的特定自動(dòng)化和控制功能，這些功能被劃分為效率類。功能的效率類定義了住宅和非住宅建筑。這些系統(tǒng)從最高等級(jí)的A級(jí)到最低等級(jí)的D級(jí)。分配到A級(jí)的BACS安裝和運(yùn)行效率很高，而分配到D級(jí)的系統(tǒng)在能源效率方面表現(xiàn)不佳。因此，D型系統(tǒng)需要進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的翻新，以提高其性能水平。其中的B級(jí)和C級(jí)分別定義了具有先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的BACS和滿足可接受標(biāo)準(zhǔn)水平的體系。在詳細(xì)計(jì)算和仿真的基礎(chǔ)上，導(dǎo)出了函數(shù)的效率類。
歐洲委員會(huì)目前正在開發(fā)一種定性的、可公開使用的多標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)類型評(píng)估框架，稱為智能準(zhǔn)備指標(biāo)(SRI)。SRI評(píng)估的得分在0到100%之間，這表明了建筑在滿足用戶需求、保持能源高效運(yùn)行和提高電網(wǎng)靈活性方面的表現(xiàn)。評(píng)估的依據(jù)是樓宇設(shè)備的清單，這些設(shè)備分為不同的技術(shù)范疇，即:供暖、家用熱水、冷卻、通風(fēng)、照明、電力、電動(dòng)汽車、動(dòng)態(tài)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和監(jiān)測(cè)及控制。在每個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中，服務(wù)都有一定程度的智能(功能級(jí)別)，它對(duì)應(yīng)于每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)衡影響評(píng)分。如圖1所示，評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)為節(jié)能、維修和故障預(yù)測(cè)、舒適度、便捷性、居住者信息健康福祉和能源靈活性。
圖1 歐盟SRI框架（影響標(biāo)準(zhǔn)的顯式權(quán)重用分?jǐn)?shù)表示）
單一評(píng)分的計(jì)算基于每個(gè)領(lǐng)域中標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)服務(wù)的明確權(quán)重，如圖1所示。在所有領(lǐng)域的影響標(biāo)準(zhǔn)的總分?jǐn)?shù)是以加權(quán)和的形式計(jì)算的，例如，供暖和家用熱水在節(jié)能方面的相對(duì)重要性并不相同。EU提出了三種類型的個(gè)體域權(quán)重，包括等權(quán)重、居住權(quán)重和非居住權(quán)重。大量研究支持進(jìn)一步發(fā)展SRI的方法。Vigna等人研究了與能源靈活性相關(guān)的定量方法和指標(biāo)，這些方法可能最終被納入SRI評(píng)估方法。這項(xiàng)工作側(cè)重于回顧數(shù)學(xué)指標(biāo)，這些指標(biāo)適用于構(gòu)建集群，在未來的概念和實(shí)踐中都將非常重要。Marzinger和Osterreicher的工作也考慮了與SRI相關(guān)的靈活性和網(wǎng)格交互作用。他們通過提出一種定量和簡(jiǎn)化的方法來評(píng)估建筑層面上的負(fù)荷轉(zhuǎn)移潛力，從而對(duì)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。他們還表示，他們開發(fā)的方法涵蓋了建筑適應(yīng)用戶需求的能力，以及隱含的節(jié)能操作，因?yàn)槿魏晤愋偷木W(wǎng)格交互都需要在高水平上實(shí)現(xiàn)BMS集成。顯然，Crosbie等人提出的可擴(kuò)展的建筑單元需求響應(yīng)ICT解決方案與SRI方法之間的研究可以得出相似之處。類似的，Crosbie等人制定并使用功能等級(jí)來評(píng)估建筑參與需求響應(yīng)項(xiàng)目的能力，從而起到很大的啟發(fā)作用。Janhunen et al.的結(jié)果顯示，由于缺乏先進(jìn)的區(qū)域供暖特征，寒冷氣候國(guó)家的SRI適用性有限。此外，作者強(qiáng)調(diào)了在功能層面上包括熱電網(wǎng)的重要性，這涉及到需求側(cè)管理。此外，通過對(duì)不同案例建筑的適用服務(wù)選擇過程(即分流過程)進(jìn)行評(píng)價(jià)，考察了SRI的整體可比性。結(jié)果表明，為了達(dá)到最大的可比性，所有的服務(wù)都應(yīng)該進(jìn)行評(píng)估。在他們的工作中，Markoska等人提出了一個(gè)偽代碼算法，可以完全自動(dòng)化SRI分流過程和計(jì)算。然而，這依賴于性能測(cè)試框架和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)架構(gòu)，而非智能建筑不受青睞。
擬議的SRI評(píng)估方法與歐盟有共同之處。bac系統(tǒng)審核是指這兩種方法都建立在EN15232的指導(dǎo)原則和計(jì)算原則之上。然而，雖然歐盟。bac評(píng)估當(dāng)前BACS對(duì)建筑能源效率的影響，SRI評(píng)估建筑的整體智能準(zhǔn)備度，考慮更多的影響標(biāo)準(zhǔn)。
在領(lǐng)域加權(quán)方面，Rastogi等人已經(jīng)證明了隱式加權(quán)方法是持久的，并且在不確定性和簡(jiǎn)單性方面具有多重優(yōu)勢(shì)。此外，已經(jīng)確定了對(duì)特定領(lǐng)域評(píng)分的需要，因?yàn)樵u(píng)估樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的領(lǐng)域級(jí)別包含了允許更有針對(duì)性的改造工作的關(guān)鍵信息。如圖2所示，該方法旨在以矩陣啟發(fā)的格式單獨(dú)報(bào)告每個(gè)領(lǐng)域，以便在所有影響標(biāo)準(zhǔn)下快速識(shí)別性能較差的建筑領(lǐng)域。這些分?jǐn)?shù)被稱為領(lǐng)域評(píng)估分?jǐn)?shù)(DAS)。每個(gè)DAS的計(jì)算方法是在最大可用點(diǎn)數(shù)中所獲得的總影響點(diǎn)數(shù)的數(shù)量，用百分比表示。因此，可以將特定域的DAS視為服務(wù)影響點(diǎn)的累積評(píng)估分?jǐn)?shù)。例如，供熱領(lǐng)域的DAS包括供熱服務(wù)對(duì)能源效率、維護(hù)和故障預(yù)測(cè)、能源靈活性和存儲(chǔ)、舒適度和對(duì)居住者的信息的影響。
圖2 性能矩陣顯示每個(gè)影響標(biāo)準(zhǔn)和總分?jǐn)?shù)的單個(gè)領(lǐng)域分?jǐn)?shù)
不同的評(píng)估分?jǐn)?shù)可以為技術(shù)改進(jìn)提供一個(gè)平穩(wěn)的決策過程，因?yàn)榻ㄖ芾碚吣軌騾^(qū)分性能良好和性能不佳的系統(tǒng)。此外，矩陣格式從系統(tǒng)級(jí)性能的角度提供了BACS的詳細(xì)概述。然而，為了讓建筑顧問、管理人員和最終用戶充分受益于該方法的特點(diǎn)和質(zhì)量，我們使用MATLAB開發(fā)和設(shè)計(jì)了一個(gè)工具。使用MATLAB App Designer應(yīng)用程序進(jìn)行開發(fā)，因?yàn)樗试S在工具中輕松實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。IBACSA工具被編譯成一個(gè)獨(dú)立的桌面可執(zhí)行應(yīng)用程序，允許廣泛分發(fā)和靈活使用。
IBACSA工具由一個(gè)帶有圖形元素的用戶界面和一組回調(diào)函數(shù)組成。底層可編程回調(diào)函數(shù)，通過執(zhí)行用戶輸入處理所有的功能分?jǐn)?shù)。如圖3所示，圖形用戶界面(GUI)是圍繞主選項(xiàng)卡布局開發(fā)的，該布局由11個(gè)帶有直觀圖標(biāo)的選項(xiàng)卡組成，每個(gè)選項(xiàng)卡包含不同的信息和功能。
圖3 IBACSA工具的通用信息界面。
General information選項(xiàng)卡要求用戶輸入一般評(píng)估和建筑特性，以及建筑系統(tǒng)的存在和不存在。這包括評(píng)估日期，建筑物名稱，地點(diǎn)，評(píng)估人的名字和公司。該選項(xiàng)卡包括一系列需要回答的問題，這些問題包括考慮的大樓中是否存在某些系統(tǒng)和服務(wù)。
為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)自學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的未來優(yōu)化運(yùn)行，必須將多重影響作為評(píng)估和性能評(píng)估的一部分。許多研究都集中在量化單一影響或優(yōu)化單一能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作上。本研究旨在建立一個(gè)全面的評(píng)估框架，提出一種全新的互動(dòng)及用戶友好的工具，以提升樓宇自動(dòng)化及控制系統(tǒng)審核及智能評(píng)估的方法。IBACSA使用基于質(zhì)量的多標(biāo)準(zhǔn)方法，評(píng)估多種影響標(biāo)準(zhǔn)，如能源效率和靈活性，并根據(jù)從A到E的單個(gè)評(píng)分報(bào)告每一個(gè)技術(shù)建筑系統(tǒng)。
為了保證廣泛使用和實(shí)際應(yīng)用，在MATLAB App Designer中開發(fā)了該交互工具。該工具被設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)單易用，并編譯成一個(gè)獨(dú)立的桌面可執(zhí)行應(yīng)用程序，允許建筑顧問、管理人員和其他預(yù)期的最終用戶靈活使用。該工具可作為復(fù)古調(diào)試平臺(tái)，通過對(duì)建筑中當(dāng)前和升級(jí)后的BACS進(jìn)行直接并排比較，分析BACS的翻新工作，從而為有針對(duì)性的翻新提供有價(jià)值的信息。
以丹麥為例，對(duì)該工具的性能進(jìn)行了評(píng)估和討論。該工具在覆蓋BACS的各個(gè)詳細(xì)方面、評(píng)價(jià)當(dāng)前BACS性能、指出性能不佳的系統(tǒng)以及突出顯示建議的修改和升級(jí)方面顯示了強(qiáng)大的能力。
對(duì)現(xiàn)代化、先進(jìn)的受控OU44大樓的評(píng)估結(jié)果表明，BACS在各領(lǐng)域的表現(xiàn)均達(dá)到C級(jí)或以上的評(píng)估級(jí)別。此外，該建筑在能源效率方面的得分為79%，在維修和故障預(yù)測(cè)方面的得分為64%，在能源靈活性和能源儲(chǔ)存方面的得分為24%，在舒適度方面的得分為70%，在居住者信息方面的得分為84%。
對(duì)IBACSA當(dāng)前版本的進(jìn)一步改進(jìn)可以考慮并在未來的版本中實(shí)現(xiàn)。下一個(gè)版本中要做的主要工作之一是實(shí)施BACS措施的經(jīng)濟(jì)影響。這些增加的設(shè)施最終會(huì)改善建筑業(yè)主、管理人員和顧問的改造決策。
上一篇：中國(guó)移動(dòng)與中國(guó)建筑戰(zhàn)略合作，加強(qiáng)5G與建筑行業(yè)的深度融合 下一篇：第二屆中國(guó)智慧城市與建筑大會(huì)在漢召開