建筑監控系統為可持續發展提供思路

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、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，另一種方式就是現場進行可再生能源的生產。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“可持續發展基地”（Sustainability Base，以下簡稱“發展基地”）這座環境友好型建筑時，如何在現場生產可再生能源就成了該計劃的核心部分。除了整合各種節能技術之外，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能比耗能多的建筑物，是完全有可能實現的。”埃姆斯研究中心新近退休的研發副主管史蒂夫·佐內特澤（Steve Zornetzer）強調說。正是他帶領建造了這個發展基地。

為了證明該建筑確實能夠實現它所承諾的功能，需要一套系統來監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”），該公司當時已經在開發一種能源儀表盤，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，這樣我們就能監控他們的工作狀態，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，包括空調、照明、實時計量系統、太陽能面板系統、燃料系統、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中提取數據，然后將這些數據放到一個接口，確保建筑物盡可能高效運作。”如今，在發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，建筑物產生的能量都比消耗的多。”佐內特澤說。

埃姆紐斯研究中心在可持續發展基地安裝了太陽能面板、燃料電池，甚至小型風機。另外，還安裝了一套監控系統，該系統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。“該技術是我們為航天工業開發的，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。”佐內特澤說。為了實現故障檢測的功能，系統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。“然后實時監測這些參數的測量值，不斷將測量值與模型中的最佳狀態作比對。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。”佐內特澤解釋說。安裝該系統后，建筑運營商不僅能夠避免不必要的維護費用，還能及時發現異常組件，提前替換或維修，防患于未然。“與能耗儀表盤不同，該系統不是顯示給公眾看的，而是供維護人員日常使用的。”左內特澤表示。古特金補充說，該系統還在能源消耗圖中添加了更先進的功能：“當出現故障時，用戶還能夠從能源的角度追蹤該故障可能產生的成本。”

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是如何工作的。”古特金回憶說。在此基礎上，IBS公司針對發展基地的各系統量身建造了一套與之匹配的系統，該系統包括照明、太陽能板、各種儀表等。“系統一建好，工程師們就參與到測試中，嘗試監控各組件，確保系統能夠及時發現問題。”

BS公司為可持續發展基地改進了能源監控儀表盤。如今，硅谷所有的企業園區和其他一些政府建筑均安裝了更新后的系統。除了上述功能以外，有了該系統后，建筑管理人員還能夠查看不同區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（IBIS）的標準組件，遍布硅谷的各企業園區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，收獲了大量的經驗，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。與發展基地的工作模式一樣，智能樓宇信息系統在提供異常預警的同時，還能監控關鍵樓宇系統（包括空調系統、照明系統、可再生能源系統）的能耗。“利用該系統不僅能夠節省能源，還能監控關鍵系統，一旦其發生故障，人們能夠及時響應”，古特金強調說。

IBS公司指出，對于希望減少環境消耗的老舊建筑，智能樓宇信息系統不僅能夠提供重要思路，還能以最高效的方式將各種“智慧”系統集成起來。例如，甲骨文公司有一個龐大的工業園區，該工業園區始建于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年的可持續發展計劃，而安裝智能樓宇信息系統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%，每年節省386萬美元，投資回報率高達190%。

佐內特澤說，他很高興看到為發展基地開發的系統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，營造一種能夠激發人們從事可持續發展工作的環境。”