[论文解读] 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 6

一句话总结

能源导航器（The Energy Navigator）是一个基于网络的平台，通过为建筑服务功能提供精确的领域特定语言（DSL）描述，实现建筑规划设计与运行控制的统一。通过将这些描述复用于实时监控、故障检测和能效测量，该平台弥合了设计意图与实际运行表现之间的差距，显著提升了建筑的能效水平，实现全生命周期的集成化管理。

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.

研究动机与目标

• 通过改进功能质量管理，解决建筑在设计能效与实际能效之间长期存在的差距。
• 开发一个统一平台，弥合建筑服务设计与运行阶段之间的鸿沟。
• 利用领域特定语言，实现对暖通空调（HVAC）与自动化系统的精确、机器可读的功能规格描述。
• 通过全生命周期的持续监控、故障检测与能效测量，支持系统性能优化。
• 通过复用设计阶段的成果用于运行控制与性能验证，提升成本效益。

提出的方法

• 平台使用领域特定语言（DSL）正式描述建筑服务的功能需求，包括暖通空调（HVAC）与自动化系统。
• 功能描述可自动复用于配置建筑控制系统，确保设计与运行的一致性。
• 系统与建筑仿真工具集成，以在部署前验证设计方案。
• 通过将运行数据映射到功能模型，实现实时监控，以检测偏差与故障。
• 通过将实际性能与功能规格进行对比，实现对能效的长期测量。
• 平台支持功能需求在设计、调试与运行阶段的版本控制与可追溯性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在建筑设计与运行阶段之间标准化并复用建筑服务的功能描述？
• RQ2 统一的功能模型在多大程度上能够缩小设计能效与实际能效之间的性能差距？
• RQ3 能否通过形式化功能规格实现自动化故障检测与能效监控？
• RQ4 将设计与运行控制相集成，如何提升成本效益与系统可靠性？
• RQ5 精确的功能建模对建筑长期性能与维护有何影响？

主要发现

• 该平台通过单一功能模型成功连接了设计与运行阶段，显著减少了预期性能与实际表现之间的错位。
• 由于功能描述具有形式化与机器可验证的特性，故障检测与能效监控能力得到显著提升。
• 通过将设计成果复用于运行控制，减少了配置错误，提高了系统可靠性。
• 首次应用示例表明，与传统方法相比，能效跟踪与故障检测实现了可量化的性能提升。
• 通过统一模型集成仿真、控制与监控，实现了建筑系统早期验证与持续优化。
• 该方法通过减少返工并提升各项目阶段的透明度，显著降低了全生命周期成本。