建筑监控系统为可持续发展提供思路

说起“绿色建筑”，人们通常讨论的是如何减少能耗。这是因为建筑物及其居住者会消耗大量能源，例如，使用照明、计算机、享受空调、乘坐电梯、享受电力所带来的其他便利均要消耗能源。但是这个问题还有另外一面：为了减少建筑物对电能的依赖，除了减少消耗之外，另一种方式就是现场进行可再生能源的生产。因此，在美国国家航空航天局（NASA）埃姆斯研究中心获得资金以建造“可持续发展基地”（Sustainability Base，以下简称“发展基地”）这座环境友好型建筑时，如何在现场生产可再生能源就成了该计划的核心部分。除了整合各种节能技术之外，从设计天窗减少人工照明，到安装尖端气候控制系统等，工程师们还安装了太阳能面板、高效燃料电池甚至一台小型风机，用以满足建筑的电力需求。“我们的目标之一就是向我们自己及公众展示，利用现代技术及 NASA独有的部分航空航天技术在地球上建造一座产能比耗能多的建筑物，是完全有可能实现的。”埃姆斯研究中心新近退休的研发副主管史蒂夫·佐内特泽（Steve Zornetzer）强调说。正是他带领建造了这个发展基地。

为了证明该建筑确实能够实现它所承诺的功能，需要一套系统来监控该建筑中能源的输入/输出。“当时我们走访了硅谷”——大约是在2009年前后，“目的是寻找最佳实践”，史蒂夫·佐内特泽回忆道。他们找到了位于加利福尼亚州圣拉蒙市的Integrated Building Solutions公司（简称“IBS公司”），该公司当时已经在开发一种能源仪表盘，该表盘能快速以可视化的形式展示耗能和节能的情况。

“埃姆斯研究中心把我们视作单一管理平台，这样我们就能监控他们的工作状态，以及他们作为一个体系是如何开展工作的。当时，他们在讨论10多个不同的系统，包括空调、照明、实时计量系统、太阳能面板系统、燃料系统、占用率控制等。”IBS公司所有人尤金·古特金（Eugene Gutkin）解释说。“我们的目的是从他们的系统中提取数据，然后将这些数据放到一个接口，确保建筑物尽可能高效运作。”如今，在发展基地的大厅可以一目了然地看到这些结果。“通常，仪表盘上的结果显示为，几乎在任何时刻，建筑物产生的能量都比消耗的多。”佐内特泽说。

埃姆纽斯研究中心在可持续发展基地安装了太阳能面板、燃料电池，甚至小型风机。另外，还安装了一套监控系统，该系统能够显示能源的输入/输出

在埃姆斯研究中心的计算机科学家的帮助下，IBS公司能够将“故障检测”这项重要的附加功能添加到其仪表盘中。“该技术是我们为航天工业开发的，目前已应用到高性能军用喷气式飞机、NASA的飞机及航空器中。”佐内特泽说。为了实现故障检测的功能，系统从了解一台设备应该如何工作开始研究，包括从设备的温度到振动模式再到大量其他参数。“然后实时监测这些参数的测量值，不断将测量值与模型中的最佳状态作比对。故障检测算法使用户能够及时检测出额定值与实际值之间的偏差。”佐内特泽解释说。安装该系统后，建筑运营商不仅能够避免不必要的维护费用，还能及时发现异常组件，提前替换或维修，防患于未然。“与能耗仪表盘不同，该系统不是显示给公众看的，而是供维护人员日常使用的。”左内特泽表示。古特金补充说，该系统还在能源消耗图中添加了更先进的功能：“当出现故障时，用户还能够从能源的角度追踪该故障可能产生的成本。”

为了完成该项目，NASA和IBS公司签署了一份《太空行动协议》（Space Act Agreement），来交换共享信息。“我没有考虑太多金钱方面的问题。如果有的话，也是相互之间的交换和共享。”佐内特泽说。“IBS公司认为通过该项目，能够有机会学习NASA的先进经验，进而提升自己的技术水平，同时也能为NASA带来利益。对双方来说，这个项目是互利共赢的。”特别是在故障检测组件方面，“我们多次与埃姆斯研究中心的工程师会面，他们向我们展示了他们的系统是如何工作的。”古特金回忆说。在此基础上，IBS公司针对发展基地的各系统量身建造了一套与之匹配的系统，该系统包括照明、太阳能板、各种仪表等。“系统一建好，工程师们就参与到测试中，尝试监控各组件，确保系统能够及时发现问题。”

BS公司为可持续发展基地改进了能源监控仪表盘。如今，硅谷所有的企业园区和其他一些政府建筑均安装了更新后的系统。除了上述功能以外，有了该系统后，建筑管理人员还能够查看不同区域甚至同一楼层的能耗差异情况

如今，故障检测已成为智能楼宇信息系统（IBIS）的标准组件，遍布硅谷的各企业园区和其他一些政府建筑。古特金赞誉NASA帮助他的公司拓展了业务。“项目期间，我们与NASA进行了大量接触，与他们一起研究各种系统，收获了大量的经验，这让我们在承接政府工作和其他项目时，不仅赢得了客户的信任，还能满足客户的技术要求”，他说。继发展基地项目后，IBS公司立即承接了美国总务管理局的项目。从那以后，IBS相继为PayPal、甲骨文、通用动力、Intuit等多家公司安装了各种不同的系统。与发展基地的工作模式一样，智能楼宇信息系统在提供异常预警的同时，还能监控关键楼宇系统（包括空调系统、照明系统、可再生能源系统）的能耗。“利用该系统不仅能够节省能源，还能监控关键系统，一旦其发生故障，人们能够及时响应”，古特金强调说。

IBS公司指出，对于希望减少环境消耗的老旧建筑，智能楼宇信息系统不仅能够提供重要思路，还能以最高效的方式将各种“智慧”系统集成起来。例如，甲骨文公司有一个庞大的工业园区，该工业园区始建于1997年，包括17栋建筑和84英亩景观。2015年，该公司开始启动一项为期2年的可持续发展计划，而安装智能楼宇信息系统就是该计划的一部分。这项活动的成果均显示在能源仪表盘上，盘上显示：前两年耗电量降低了28%，滴灌用水减少了29%，每年节省386万美元，投资回报率高达190%。

佐内特泽说，他很高兴看到为发展基地开发的系统能够在其他政府建筑及之外的建筑中推广应用，并表示“我们的目的之一就是建造一座智能建筑，营造一种能够激发人们从事可持续发展工作的环境。”