[論文レビュー] The Energy Navigator - A Web based Platform for functional Quality Mangement in Buildings

Stefan Plesser, M. Norbert Fisch+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 8, 2014

Building Energy and Comfort Optimization被引用数 6

ひとこと要約

エナジー・ナビゲーターは、建物設備の機能的記述を正確に表現するためのドメイン特化言語を用いた、ウェブベースのプラットフォームである。このプラットフォームは、設計段階での記述をリアルタイムの監視、故障検出、エネルギー効率測定に再利用することで、設計意図と運用性能のギャップを埋め、統合的ライフサイクル管理により建物のエネルギー効率を顕著に向上させる。

ABSTRACT

Energy efficient buildings require high quality standards for all their technical equipment to enable their efficient and successful operation and management. Building simulations enable engineers to design integrated HVAC systems with complex building automation systems to control all their technical functions. Numerous studies show that especially these supposedly innovative buildings often do not reach their energy efficiency targets when in operation. Key reasons for the suboptimal performance are imprecise functional descriptions and a lack of commissioning and monitoring of the technical systems that leave suboptimal operation undetected. In the research project "Energy Navigator" we create a web-based platform that enables engineers to create a comprehensive and precise functional description for the buildings services. The system reuses this functional description - written in an appropriate domain specific language - to control the building operation, to signal malfunctions or faults, and in particular to measure energy efficiency over time. The innovative approach of the platform is the combination of design and control within one artifact linking the phases of design and operation and improving the cost effectiveness for both services. The paper will describe the concept of the platform, the technical innovation and first application examples of the research project.

研究の動機と目的

• 建物の設計エネルギーパフォーマンスと実際のエネルギー性能の間にある継続的なギャップを、機能的品質管理の向上によって是正すること。
• 建物設備の設計段階と運用段階をつなぐ統合的プラットフォームの開発。
• ドメイン特化言語を用いて、HVACおよび自動化システムの正確で機械可読の機能的仕様を定義すること。
• 建物のライフサイクルにわたり、継続的モニタリング、故障検出、エネルギー効率測定を支援すること。
• 設計の成果物を運用制御およびパフォーマンス検証に再利用することで、コスト効率を向上させること。

提案手法

• プラットフォームは、HVACおよび自動化システムを含む建物設備の機能的要件を形式的に指定するためのドメイン特化言語（DSL）を用いる。
• 機能的記述が自動的に再利用され、建物制御システムの設定が行われるため、設計と運用の整合性が保証される。
• 設計の妥当性をデプロイ前に行うために、建物シミュレーションツールと統合される。
• 運用データを機能的モデルにマッピングすることで、実時間での監視が可能になり、乖離や故障の検出が可能になる。
• 実際のパフォーマンスを機能的仕様と比較することで、時間経過に伴うエネルギー効率の測定が可能になる。
• 設計、コンmissioning、運用フェーズにわたり、機能的要件のバージョニングとトレーサビリティをサポートする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 建物設備における機能的記述は、設計段階と運用段階の間でどのように標準化され、再利用可能になるか？
• RQ2 統合的機能的モデルが、設計されたエネルギーパフォーマンスと実際の建物エネルギー効率のギャップをどの程度縮小できるか？
• RQ3 形式化された機能的仕様を通じて、自動故障検出およびエネルギー監視を達成できるか？
• RQ4 設計と運用制御の統合は、コスト効率とシステム信頼性をどのように向上させるか？
• RQ5 正確な機能的モデリングが、長期的な建物パフォーマンスと保守に与える影響は何か？

主な発見

• プラットフォームは、単一の機能的モデルを通じて設計段階と運用段階を効果的にリンクし、意図したパフォーマンスと実際のパフォーマンスの不整合を低減した。
• 機能的記述が形式的かつ機械検査可能であるため、故障検出およびエネルギー効率監視が顕著に向上した。
• 設計の成果物を運用制御に再利用することで、設定エラーが削減され、システム信頼性が向上した。
• 初期の応用例では、従来手法と比較してエネルギー性能の追跡および故障検出に顕著な改善が確認された。
• 統合的モデルを通じてシミュレーション、制御、監視を統合することで、建物システムの早期検証と継続的最適化が可能になった。
• 再作業の削減とプロジェクトフェーズ間の透明性向上により、ライフサイクルコストが低減した。