如今，建筑自動化和能源管理系統(tǒng)在設(shè)施管理中變得越來越必要，這對建筑運營會產(chǎn)生直接影響，因為圖使得業(yè)主和運營商能夠在面對氣候變化時實現(xiàn)更高的效率、靈活性和彈性。但伴隨這些復(fù)雜工具而來的是復(fù)雜性的增加和錯誤的引入，而且通常是以犧牲這些技術(shù)提供的效率為代價的。

因此，樓宇故障檢測和診斷 (FDD) 技術(shù)越來越受歡迎，每年可為業(yè)主節(jié)省數(shù)百萬美元的樓宇成本，而且投資回報期通常不到兩年。FDD工具可自動執(zhí)行檢測 HVAC 系統(tǒng)故障和次優(yōu)性能的過程，以幫助診斷潛在原因。根據(jù)位于加利福尼亞州伯克利的勞倫斯伯克利國家實驗室 (LBNL) 于2022 年 2 月發(fā)布的一份報告，F(xiàn)DD通常位于現(xiàn)有樓宇自動化系統(tǒng) (BAS) 之上。

然而，盡管商業(yè)FDD工具似乎是提高能源效率并進(jìn)而減少碳排放的靈丹妙藥，但仍然存在一個小問題：需要人為解決。LBNL報告指出，“一旦發(fā)現(xiàn)故障，需要人為干預(yù)來修復(fù)故障，這通常會導(dǎo)致延遲，甚至不作為，從而導(dǎo)致額外的運營和維護(hù)成本以及影響建筑物內(nèi)的舒適條件?！?/p>

換句話說，建筑物的效率、節(jié)能和碳排放量仍然在很大程度上取決于人。

據(jù)LBNL稱，商業(yè)FDD應(yīng)用的自動故障糾正在關(guān)閉被動診斷和主動控制之間的循環(huán)方面顯示出巨大的前景。在某些情況下，這些工具可以集成人工智能 (AI) 以進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)，為設(shè)施管理者提供比以往更大的靈活性和自由度。

問題：控件容易出錯

據(jù)統(tǒng)計，建筑物使用了美國70%的電力，占全球燃料燃燒產(chǎn)生的碳排放量的近33%，約占溫室氣體排放總量的20%。因此，建筑物必須變得越來越高效，并在問題發(fā)生之前預(yù)測其系統(tǒng)的問題。

然而，F(xiàn)DD工具并非萬無一失。事實上，根據(jù)LBNL和美國能源部 (DOE) 的數(shù)據(jù)，研究估計傳統(tǒng)設(shè)備故障和控制問題會顯著增加溫室氣體排放和能源費用，達(dá)到每年170億美元和9000萬噸CO 2當(dāng)量。

“事實證明，我們最常遇到的對能源影響最大的機(jī)會可以通過自動故障糾正和控制優(yōu)化來解決，”LBNL表示。

這些提高能源績效的機(jī)會包括：優(yōu)化節(jié)能器高鎖定溫度設(shè)定點。更正錯誤編程的HVAC計劃。釋放不必要的控制覆蓋。偏置溫度傳感器的校正。自動循環(huán)調(diào)整。實施最佳實踐重置策略。優(yōu)化區(qū)域溫度設(shè)定點設(shè)置。

“我們現(xiàn)在正在努力將我們的最佳無故障控制解決方案套件擴(kuò)展到更廣泛的FDD合作伙伴，并包括其他策略，例如自動調(diào)試/功能測試和需求靈活性，”Granderson表示。

解決方案：自動化如何改善 FDD 結(jié)果

2016 年，LBNL與美國能源部和各行業(yè)合作伙伴合作發(fā)起了智能能源分析運動，這是一項公私合作伙伴關(guān)系，產(chǎn)生了關(guān)于建筑分析、成本、收益和使用的最大數(shù)據(jù)集。從那以后的幾年里，LBNL還與美國國內(nèi)領(lǐng)先的FD 技術(shù)市場供應(yīng)商合作，將最先進(jìn)的技術(shù)擴(kuò)展到以前可用的技術(shù)之外。Granderson介紹說，她的團(tuán)隊已經(jīng)開發(fā)并實施了額外的編程功能，一旦故障被現(xiàn)有的FDD軟件識別出來，就可以自動糾正故障。

在2020年與兩個最終用戶合作伙伴進(jìn)行的實地研究中，LBNL為HVAC系統(tǒng)開發(fā)并部署了一組七種故障校正算法，這些算法使用現(xiàn)有的BAS供應(yīng)商平臺在真實建筑中進(jìn)行了測試。算法校正的變量涵蓋時間表、設(shè)定點、傳感器讀數(shù)、命令、加熱/冷卻請求以及比例、積分、微分 (PID) 參數(shù)。

從歷史上看，F(xiàn)DD 技術(shù)已與樓宇自動化系統(tǒng)集成，以“只讀”格式獲取系統(tǒng)和設(shè)備操作的操作數(shù)據(jù)?！拔覀冏龅牡谝患率窃鰪?qiáng)該接口，使FDD系統(tǒng)也能夠?qū)⒚睢畬憽?BAS，”Granderson 解釋道。

該團(tuán)隊隨后開發(fā)了一個工程邏輯庫，該庫定義了如何通過修改通?？赏ㄟ^ BACnet 協(xié)議訪問的控制系統(tǒng)參數(shù)來解決各種與控制相關(guān)的問題。

最后，該團(tuán)隊將糾正邏輯集成到 FDD 平臺和面向操作員的用戶界面中?，F(xiàn)在，一旦 FDD 系統(tǒng)檢測并診斷出故障，操作員就會收到問題通知以及建議的糾正措施。在操作員批準(zhǔn)后，將執(zhí)行糾正措施并解決故障。

Granderson 提供了以下示例：區(qū)域溫度設(shè)置點過于激進(jìn)可能會被標(biāo)記為引起操作員的注意和糾正，并顯示消息“該區(qū)域的冷卻設(shè)置點為66度，低于推薦值。您想將設(shè)定點恢復(fù)到建議的68度嗎？”經(jīng)操作員批準(zhǔn)，F(xiàn)DD系統(tǒng)能夠通過其與 BAS 的接口將修正后的68華氏度設(shè)定值寫回區(qū)域控制器。一旦這個動作完成，故障就解決了，F(xiàn)DD系統(tǒng)返回到問題檢測和診斷。

除了故障糾正，LBNL 還將FDD系統(tǒng)功能擴(kuò)展到控制優(yōu)化。首先，它根據(jù)ASHRAE 指南 36：HVAC 系統(tǒng)的高性能操作順序，開發(fā)并測試了針對空氣處理機(jī)組靜壓和送風(fēng)溫度實施最佳實踐調(diào)整和響應(yīng)重置策略的方法。在這些解決方案中，LBNL的技術(shù)正在抑制“特殊”區(qū)域，這些區(qū)域會因無法滿足的供暖或制冷需求而增加能源使用。

Granderson 指出，雖然 LBNL 目前沒有在其開發(fā)的故障糾正方法中使用人工智能，但一些FDD供應(yīng)商正在其技術(shù)堆棧的某些部分使用人工智能。

總部位于悉尼和北達(dá)科他州法戈的 Building IQ 推出了所謂的基于結(jié)果的故障檢測 (OFD) 服務(wù)，該服務(wù)結(jié)合了人工智能、能源分析和人類專業(yè)知識，以克服許多 FDD 服務(wù)的缺點。“基于結(jié)果的故障檢測是一種全面的解決方案，可以將故障檢測帶向更好、更廣泛的方向，”該公司時任總裁兼首席執(zhí)行官 Michael Nark 在 2018 年 6 月的新聞發(fā)布會上表示。

“它通過接受設(shè)施專家發(fā)揮的關(guān)鍵作用并通過機(jī)器學(xué)習(xí)和尖端人工智能來增強(qiáng)它來做到這一點。無論數(shù)據(jù)是好是壞，OFD 都能正常工作，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)將數(shù)據(jù)分析的負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)移到云端。結(jié)果是建筑運營商不必浪費寶貴的時間和資源來搜索數(shù)百個日常故障表。相反，有了OFD，運營商可以專注于真正需要修復(fù)的東西、他們的租戶和底線?！?/p>

自動化FDD系統(tǒng)的優(yōu)勢

Granderson 說：“我們的建筑物中隱藏著令人驚訝的低效水平。”“自動控制系統(tǒng)保持溫度和濕度水平，并保持系統(tǒng)運行以提高乘員舒適度。但它們通常會失調(diào)，下班后可能無法關(guān)閉，或者可能使用會浪費能源并推高成本和溫室氣體排放的設(shè)置?！?/p>

她說，自動化FDD技術(shù)可以持續(xù)分析運營數(shù)據(jù)，為建筑運營商和能源管理人員發(fā)現(xiàn)問題，并指出“好處是巨大的。我們的工作表明，在其產(chǎn)品組合中使用FDD系統(tǒng)的組織平均可節(jié)省 9%，投資回收期為兩年。”添加自動故障糾正功能可以進(jìn)一步擴(kuò)展優(yōu)勢，她繼續(xù)說道。無需等待數(shù)周或數(shù)月才能解決問題，而是可以在數(shù)小時內(nèi)解決問題，并且可以將寶貴的員工專業(yè)知識用于解決最棘手的問題。

“此外，將控制命令寫回 BAS 的能力也使我們能夠?qū)嵤┍O(jiān)督控制優(yōu)化，”她說?！巴ㄟ^FDD系統(tǒng)提供監(jiān)督優(yōu)化控制，可以跨不同年份和品牌的 BAS 進(jìn)行可擴(kuò)展實施，而無需昂貴的升級，而更傳統(tǒng)的方法可能需要直接修改 BAS 編程。”

基于自動化和人工智能的BAS和BEMS解決方案已在全球商業(yè)建筑領(lǐng)域得到采用。例如，ABB 的 Ability BE Sustainable with Efficiency AI目前管理著超過 275 座建筑，總面積超過1億平方英尺?？偟膩碚f，這些裝置每年可減少超過100萬公噸的二氧化碳排放，所有這些都是通過利用已經(jīng)進(jìn)行的樓宇自動化投資實現(xiàn)的。

智能建筑的未來是持續(xù)改進(jìn)

良好的數(shù)據(jù)是樓宇自動化和管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，輸入能源管理和信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)越多越好。隨著FDD工具和自動化軟件的發(fā)展，智能建筑的實施、可擴(kuò)展性和可靠性將不斷提高——希望開始這一旅程的建筑業(yè)主和設(shè)施經(jīng)理將擁有可供使用的工具。

2020 年 10 月，LBNL發(fā)布了一個應(yīng)用程序展示，幫助利益相關(guān)者了解如何開始，重點介紹智能能源分析活動參與者的最佳實踐，并提供行業(yè)中發(fā)生的創(chuàng)新示例。

“我們已經(jīng)在許多建筑物和BAS產(chǎn)品中測試了這些新功能，”Granderson 說?！捌駷橹沟慕Y(jié)果表明，它們可以在不同的控制器之間進(jìn)行擴(kuò)展，F(xiàn)DD供應(yīng)商提供適度的額外開發(fā)和實施提升。由于這些新興技術(shù)功能由其合作伙伴通過我們的產(chǎn)品功能或模塊提供，LBNL將能夠跟蹤相對于傳統(tǒng)FDD系統(tǒng)的增量成本。

“這一切都很新，而且還在成熟，但這項工作的令人興奮之處在于它向我們展示了智能建筑的未來。我們越來越多地要求我們的建筑——它們成為凈零溫室氣體排放者，整合越來越多的分布式能源，并提供健康舒適的室內(nèi)環(huán)境，同時與可再生電網(wǎng)相協(xié)調(diào)。

“大規(guī)模實現(xiàn)這一目標(biāo)的唯一方法是利用FDD和其他智能建筑軟件提供的基于現(xiàn)代軟件的基礎(chǔ)設(shè)施。它為我們提供了不斷‘推動’改進(jìn)控制和分析解決方案的渠道?！?/p>

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