[논문 리뷰] The Energy Navigator - A Web based Platform for functional Quality Mangement in Buildings

Stefan Plesser, M. Norbert Fisch외 3명|arXiv (Cornell University)|2014. 09. 08.

Building Energy and Comfort Optimization인용 수 6

한 줄 요약

에너지 나비게이터는 건물 설계와 운영 제어를 통합하는 웹 기반 플랫폼으로, 건물 서비스의 정밀한 功能 기술을 위한 도메인 특화 언어를 사용한다. 이 기술을 실시간 모니터링, 고장 탐지, 에너지 효율 측정에 재사용함으로써 설계 의도와 운영 성능 사이의 격차를 해소하여, 통합된 라이프사이클 관리로 건물의 에너지 효율을 크게 향상시킨다.

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.

연구 동기 및 목표

• 설계된 에너지 성능와 실제 성능 사이의 지속적인 격차를 해소하기 위해 기능 품질 관리를 향상시키기 위해.
• 건물 서비스의 설계 및 운영 단계를 연결하는 통합 플랫폼을 개발하기 위해.
• 도메인 특화 언어를 사용하여 HVAC 및 자동화 시스템에 대한 정밀하고 기계로 판독 가능한 기능 사양을 제공하기 위해.
• 건물의 수명 주기 동안 지속적인 모니터링, 고장 탐지, 에너지 효율 측정을 지원하기 위해.
• 설계 자료를 운영 제어 및 성능 검증에 재사용함으로써 비용 효율성을 향상시키기 위해.

제안 방법

• 플랫폼는 건물 서비스의 기능 요구사항, 특히 HVAC 및 자동화 시스템을 공식적으로 기술하기 위해 도메인 특화 언어(DSL)를 사용한다.
• 기능 기술이 자동으로 재사용되어 건물 제어 시스템을 구성함으로써 설계와 운영 간의 일치를 보장한다.
• 설계 배포 이전에 검증하기 위해 건물 시뮬레이션 도구와 통합된다.
• 운영 데이터를 기능 모델에 매핑하여 편차와 고장을 탐지함으로써 실시간 모니터링이 가능해진다.
• 실제 성능을 기능 사양과 비교하여 시간에 따라 에너지 효율을 측정한다.
• 설계, 시운전, 운영 단계 동안 기능 요구사항의 버전 관리 및 추적 가능성을 지원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 건물 서비스의 기능 기술은 설계 및 운영 단계 간에 어떻게 표준화되고 재사용될 수 있는가?
• RQ2 통합된 기능 모델은 설계된 에너지 효율과 실제 건물 에너지 효율 사이의 성능 격차를 어느 정도 줄일 수 있는가?
• RQ3 형식화된 기능 사양을 통해 자동 고장 탐지 및 에너지 모니터링을 달성할 수 있는가?
• RQ4 설계 및 운영 제어를 통합함으로써 비용 효율성과 시스템 신뢰성은 어떻게 향상되는가?
• RQ5 정밀한 기능 모델링은 장기적인 건물 성능과 유지보수에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 플랫폼는 단일 기능 모델을 통해 설계 및 운영 단계를 성공적으로 연결하여 의도한 성능와 실제 성능 간의 불일치를 감소시켰다.
• 기능 기술의 형식화되고 기계로 검증 가능한 성격 덕분에 고장 탐지 및 에너지 효율 모니터링이 크게 향상되었다.
• 설계 자료를 운영 제어에 재사용함으로써 구성 오류가 감소하고 시스템 신뢰성이 향상되었다.
• 초기 적용 사례에서는 기존 방법에 비해 에너지 성능 추적 및 고장 탐지에서 측정 가능한 향상이 나타났다.
• 통합된 모델을 통한 시뮬레이션, 제어 및 모니터링 통합은 건물 시스템의 조기 검증과 지속적인 최적화를 가능하게 했다.
• 재작업을 최소화하고 프로젝트 단계 간 투명성을 향상시킴으로써 수명 주기 비용을 감소시켰다.