建筑監(jiān)控系統(tǒng)為可持續(xù)發(fā)展提供思路

說起“綠色建筑”，人們通常討論的是如何減少能耗。這是因為建筑物及其居住者會消耗大量能源，例如，使用照明、計算機、享受空調(diào)、乘坐電梯、享受電力所帶來的其他便利均要消耗能源。但是這個問題還有另外一面：為了減少建筑物對電能的依賴，除了減少消耗之外，另一種方式就是現(xiàn)場進行可再生能源的生產(chǎn)。因此，在美國國家航空航天局（NASA）埃姆斯研究中心獲得資金以建造“可持續(xù)發(fā)展基地”（Sustainability Base，以下簡稱“發(fā)展基地”）這座環(huán)境友好型建筑時，如何在現(xiàn)場生產(chǎn)可再生能源就成了該計劃的核心部分。除了整合各種節(jié)能技術之外，從設計天窗減少人工照明，到安裝尖端氣候控制系統(tǒng)等，工程師們還安裝了太陽能面板、高效燃料電池甚至一臺小型風機，用以滿足建筑的電力需求。“我們的目標之一就是向我們自己及公眾展示，利用現(xiàn)代技術及 NASA獨有的部分航空航天技術在地球上建造一座產(chǎn)能比耗能多的建筑物，是完全有可能實現(xiàn)的。”埃姆斯研究中心新近退休的研發(fā)副主管史蒂夫·佐內(nèi)特澤（Steve Zornetzer）強調(diào)說。正是他帶領建造了這個發(fā)展基地。

為了證明該建筑確實能夠實現(xiàn)它所承諾的功能，需要一套系統(tǒng)來監(jiān)控該建筑中能源的輸入/輸出。“當時我們走訪了硅谷”——大約是在2009年前后，“目的是尋找最佳實踐”，史蒂夫·佐內(nèi)特澤回憶道。他們找到了位于加利福尼亞州圣拉蒙市的Integrated Building Solutions公司（簡稱“IBS公司”），該公司當時已經(jīng)在開發(fā)一種能源儀表盤，該表盤能快速以可視化的形式展示耗能和節(jié)能的情況。

“埃姆斯研究中心把我們視作單一管理平臺，這樣我們就能監(jiān)控他們的工作狀態(tài)，以及他們作為一個體系是如何開展工作的。當時，他們在討論10多個不同的系統(tǒng)，包括空調(diào)、照明、實時計量系統(tǒng)、太陽能面板系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、占用率控制等。”IBS公司所有人尤金·古特金（Eugene Gutkin）解釋說。“我們的目的是從他們的系統(tǒng)中提取數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)放到一個接口，確保建筑物盡可能高效運作。”如今，在發(fā)展基地的大廳可以一目了然地看到這些結果。“通常，儀表盤上的結果顯示為，幾乎在任何時刻，建筑物產(chǎn)生的能量都比消耗的多。”佐內(nèi)特澤說。

埃姆紐斯研究中心在可持續(xù)發(fā)展基地安裝了太陽能面板、燃料電池，甚至小型風機。另外，還安裝了一套監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠顯示能源的輸入/輸出

在埃姆斯研究中心的計算機科學家的幫助下，IBS公司能夠將“故障檢測”這項重要的附加功能添加到其儀表盤中。“該技術是我們?yōu)楹教旃I(yè)開發(fā)的，目前已應用到高性能軍用噴氣式飛機、NASA的飛機及航空器中。”佐內(nèi)特澤說。為了實現(xiàn)故障檢測的功能，系統(tǒng)從了解一臺設備應該如何工作開始研究，包括從設備的溫度到振動模式再到大量其他參數(shù)。“然后實時監(jiān)測這些參數(shù)的測量值，不斷將測量值與模型中的最佳狀態(tài)作比對。故障檢測算法使用戶能夠及時檢測出額定值與實際值之間的偏差。”佐內(nèi)特澤解釋說。安裝該系統(tǒng)后，建筑運營商不僅能夠避免不必要的維護費用，還能及時發(fā)現(xiàn)異常組件，提前替換或維修，防患于未然。“與能耗儀表盤不同，該系統(tǒng)不是顯示給公眾看的，而是供維護人員日常使用的。”左內(nèi)特澤表示。古特金補充說，該系統(tǒng)還在能源消耗圖中添加了更先進的功能：“當出現(xiàn)故障時，用戶還能夠從能源的角度追蹤該故障可能產(chǎn)生的成本。”

為了完成該項目，NASA和IBS公司簽署了一份《太空行動協(xié)議》（Space Act Agreement），來交換共享信息。“我沒有考慮太多金錢方面的問題。如果有的話，也是相互之間的交換和共享。”佐內(nèi)特澤說。“IBS公司認為通過該項目，能夠有機會學習NASA的先進經(jīng)驗，進而提升自己的技術水平，同時也能為NASA帶來利益。對雙方來說，這個項目是互利共贏的。”特別是在故障檢測組件方面，“我們多次與埃姆斯研究中心的工程師會面，他們向我們展示了他們的系統(tǒng)是如何工作的。”古特金回憶說。在此基礎上，IBS公司針對發(fā)展基地的各系統(tǒng)量身建造了一套與之匹配的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括照明、太陽能板、各種儀表等。“系統(tǒng)一建好，工程師們就參與到測試中，嘗試監(jiān)控各組件，確保系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)問題。”

BS公司為可持續(xù)發(fā)展基地改進了能源監(jiān)控儀表盤。如今，硅谷所有的企業(yè)園區(qū)和其他一些政府建筑均安裝了更新后的系統(tǒng)。除了上述功能以外，有了該系統(tǒng)后，建筑管理人員還能夠查看不同區(qū)域甚至同一樓層的能耗差異情況

如今，故障檢測已成為智能樓宇信息系統(tǒng)（IBIS）的標準組件，遍布硅谷的各企業(yè)園區(qū)和其他一些政府建筑。古特金贊譽NASA幫助他的公司拓展了業(yè)務。“項目期間，我們與NASA進行了大量接觸，與他們一起研究各種系統(tǒng)，收獲了大量的經(jīng)驗，這讓我們在承接政府工作和其他項目時，不僅贏得了客戶的信任，還能滿足客戶的技術要求”，他說。繼發(fā)展基地項目后，IBS公司立即承接了美國總務管理局的項目。從那以后，IBS相繼為PayPal、甲骨文、通用動力、Intuit等多家公司安裝了各種不同的系統(tǒng)。與發(fā)展基地的工作模式一樣，智能樓宇信息系統(tǒng)在提供異常預警的同時，還能監(jiān)控關鍵樓宇系統(tǒng)（包括空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、可再生能源系統(tǒng)）的能耗。“利用該系統(tǒng)不僅能夠節(jié)省能源，還能監(jiān)控關鍵系統(tǒng)，一旦其發(fā)生故障，人們能夠及時響應”，古特金強調(diào)說。

IBS公司指出，對于希望減少環(huán)境消耗的老舊建筑，智能樓宇信息系統(tǒng)不僅能夠提供重要思路，還能以最高效的方式將各種“智慧”系統(tǒng)集成起來。例如，甲骨文公司有一個龐大的工業(yè)園區(qū)，該工業(yè)園區(qū)始建于1997年，包括17棟建筑和84英畝景觀。2015年，該公司開始啟動一項為期2年的可持續(xù)發(fā)展計劃，而安裝智能樓宇信息系統(tǒng)就是該計劃的一部分。這項活動的成果均顯示在能源儀表盤上，盤上顯示：前兩年耗電量降低了28%，滴灌用水減少了29%，每年節(jié)省386萬美元，投資回報率高達190%。

佐內(nèi)特澤說，他很高興看到為發(fā)展基地開發(fā)的系統(tǒng)能夠在其他政府建筑及之外的建筑中推廣應用，并表示“我們的目的之一就是建造一座智能建筑，營造一種能夠激發(fā)人們從事可持續(xù)發(fā)展工作的環(huán)境。”