3种方式控制建设必须发展

随着数据分析、机器学习、网格集成、用户交互和可再生能源技术等许多令人兴奋的进步进入建筑行业，人们很容易被高性能建筑的前景和潜力所吸引。不幸的现实是，许多按照高性能标准设计的建筑很难实现这一愿景。

事实上，英国的研究发现75%的高性能建筑没有达到他们的能源目标(PDF)实际上正在使用二至五倍比他们的模型更多的能源预测（PDF）。相反，过着舒适，超高效和直观的建筑的梦想，很多车主遇到操作上的问题，能源消耗高，用户的投诉。

这有很多原因的引用，从乘客参与缺乏一体化设计，但根本原因经常可以追溯到建筑控制。本系统中，一个分包商的一般责任，规定建筑物的性能，但是不可见的大部分业主和用户。

高性能建筑对功能性、系统集成和动态计算的要求更高，但市场需求更大和技术壁垒防止控制系统无法跟上建筑和能源系统创新的快速发展。除非这些系统能够发展，以支持现代建筑，他们将继续缺少的环节破坏了高性能建筑行业的未来。

1.控制必须满足高性能建筑的需要

现代、高效的建筑——以及零能耗建筑——不仅在设计上完全不同，而且必须在一个由数据、天气和占用预测、网格交互和系统集成组成的无限复杂的世界中运行。然而，今天的大多数硬件和软件控制仍然坚持源自于20世纪80年代的气动系统，由集中的加热和冷却设备主导。

这种传统的方法防止建筑物中提供各种现代化的，高性能的建筑所需要的服务：提供最佳的乘客舒适度，跟踪和维护能源性能，驾乘人员和设施人员进行有效的操作接口，提供网格服务，集成和管理所有能源系统包括电动车辆（EV）和能量存储，从而实现灵活性，以适应建筑改造和生长-而且最重要的管理做这个的，适应性强，易于实施和运行的方式。

2.为严格的建筑性能目标支持系统集成

建筑物变得越来越被动满足效率目标，热舒适性主要是通过无源元件，如太阳能控制，自然通风和预测热质量策略提供。代替单一的，大的HVAC设备占据了热控制策略，多个分布式被动系统的空间来同时控制多个变量内相互作用（如热舒适，照明，通风）。

这些复杂的交互有许多相互依赖的变量，需要集成每个子系统。与快速扩张的智能电网控制使电网从集中式化石燃料发电转向分布式供需资产类似，建筑控制也必须进化以满足这些根本不同的范式。事实上，碳信托研究了28座属于低碳建筑项目的建筑，发现没有一座建筑集成了多种低碳技术，达到了其能源设计目标。当多种技术集成到一个系统(比如加热)时，这种偏差甚至更大。控制不能再依赖于简单的单一系统，而单一系统可以通过放大来弥补集成的不足。

要添加到这种复杂性，建筑现在是一个更广泛的能源系统涵盖电动车，电池存储和正在开发的互动费率结构管理分布式可再生能源的新要求下一代电网的一个组成部分。建筑物的能源消耗是靠电池储存，电动汽车充电，甚至双向充电要进行平衡的一个关键变量。这些需求响应机制是发展智能电网的关键。在过去的几年中，能源的软件公司纷纷涌现，但分别侧重这一广泛的系统的部件上。例如，一个可以控制建筑能源从太阳能光伏发电，电池和电动车辆流动，但可以对现有建筑物管理系统或照明控制系统仅给出简单的命令，以控制建筑物负载。制定综合需求侧管理为净零区，则需要一个完全集成的战略涵盖所有这些元素。

3.根据规则进化，超越了简单的算法

除了这些集成挑战，控制策略范式正在从由大型暖通空调系统控制的空间的反应性、即时响应转向滞后的、高度可变的、需要预测控制策略的被动响应。

当前基于规则的控制序列主要基于有限数量的变量对实时空间条件作出反应。新出现的技术不再局限于固定的控制序列，而是基于当前条件、可能的输入和实时，对所有可能的未来结果进行建模-并使用该信息来控制建设。

劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)正在开发使用Modelica的一种应用，但该项目还处于早期研究阶段。小型创业公司也在追求这种方法，但由于缺乏对硬件的风险资本兴趣，根深蒂固的守成者，以及指定这些系统的工程师和承包商的风险厌恶本性，他们遇到了强烈的投资和市场阻力。

此外，还有许多其他集成的预测性建筑控制技术，如机器学习的使用，由于历史障碍和缺乏领域经验，该行业尚未充分探索。谷歌(PDF)甚至使用神经网络，以优化其数据中心，导致40%的储蓄在一个已经非常高效的系统中。然而，这些有前途的方法需要大量高质量的历史数据，尽管许多新建筑需要大量的细分和趋势来提供这些数据，但数据质量和管理存在系统性问题。此外，新建筑没有一年的性能数据，以在移交后立即控制建筑。

创新中心

落基山学院在着手其创新中心的设计时(该中心已于2016年启用)，它希望突破最先进的净零能耗建筑所能达到的极限，并了解随着时间的推移实现目标所需的控制措施。为了实现净零能耗，我们需要一个被动式建筑来给居住者供暖，而不是给空气供暖。我们使用分布式方法带有自动外部遮阳帘、定向地板下辐射供暖、自动自然通风、手动吊扇和专用室外空调。创新中心的高热质量利用天气预报在一个晚上预冷板冲洗通过外部百叶窗控制朝南的大窗户来加热板面。

了解上述控制行业的挑战，我们做了所有业主可以做的事情，以确保我们将收到一个集成的系统，工作。在早期设计中，我们引入了控制承包商和调试代理综合项目交付过程。我们的设计团队合作，以确保所有的设计规格有正确的控制协议，并与各子系统制造商广泛合作，从窗帘到电池的控制，以保证整合不仅技术上是可行的，但也将充足的资源和支持。

尽管这种级别的规划、远见和协作各方负责系统中,我们遇到了许多相同的问题从行业的同事听到一次又一次,-在我们的经验是一个明确的说明今天的技术差距和行业的状态。

控件有机会脱颖而出，成为最重要的一个方面，测定建筑物的经营业绩。

例如，广泛的能源计量系统一直存在集成和可靠性问题。虽然我们的许多系统都是与Modbus兼容的，但我们发现只有有限的点未覆盖并可由中央控制系统访问，从而导致功能降低。具有内部控制算法的子系统导致了围绕系统动作来源的操作混乱和控制序列故障排除的困难。

我们已经能够利用我们内部的技术资源找到许多问题的解决方案，但大厦业主通常不会有足够的资源和时间来做到这一点。建筑不应该要求一个完整的工程组织，了解控制，确保它们运行良好。在15400平方英尺一个相对较小的商业大厦 - - 我们花了优化创新中心的控制这一年是不是差。我们用最好的技术，我们能找到的最好的合作伙伴;事实上，创新中心超过其设计的能源使用。相反，我们的经验是今天所面临的控制行业的系统集成挑战的说明。

朝着正确的方向

在过去的10年里，已经有了显著的进步，使一个利用协议(如Modbus和BACnet)和开放软件(如Tridium)的开放控件集成平台成为可能。这些方法已经在证明市场对集成系统的渴望上迈出了很大的一步，这种系统不会把客户与特定的供应商捆绑在一起。然而，这些方法缺乏无缝的开放集成，因为许多在位者除了公开一些令牌点之外没有动力真正开放他们的系统。大多数系统需要大量的资源来使用这些协议集成硬件，因为它们只提供简单的输入，如开/关和隐藏大部分专有的控制算法。

许多初创公司和研究机构正在敲开现有企业的大门，推动这场革命。除了LBNL的工作，Pacifica西北国家实验室(PNNL)也开发了这个开源软件Volttron平台，它“能够通过面向对象的软件环境独立地管理广泛的应用程序，如暖通空调系统、电动汽车、分布式能源或整个建筑负载”，允许轻松地进行应用程序开发，同时不知道编程语言和控制协议。

此外，许多新成立的初创公司正在引入先进的数据分析、基于机器学习的控制和开放集成平台。推动这些进步的许多因素并不是加强建筑控制的价值，而是在先进公用事业费率结构迅速演变的世界中，通过整合建筑负荷、储能、太阳能发电和电动汽车充电的价值。这些方法有很大的前景，但是由于大型现存者和所有投资组合中存在的遗留系统，它们面临着巨大的市场障碍。

即将到来的革命

鉴于RMI在创新中心的经验，我们坚信这些控制集成和操作问题是建筑业发展和进入21世纪“智能”建筑的最大障碍之一。许多初创公司和新的软件解决方案都提供了先进的分析和优化方法以及网格集成，但所有这些都是建立在基本假设之上的，即支持这些方法的基础构建控制和数据管理系统正在工作。许多初创公司发现，他们的解决方案不能得到充分应用，或者失败了，原因是建筑的运行水平不够高，无法提供这些系统所需的数据和稳定性。

控制有机会成为决定建筑运行性能的最重要的因素，但前提是该行业能够提供一个完整的价值定位，包括预测建模、数据分析和能源系统集成，而且从根本上也适用于建筑所有者和居住者。RMI相信，当这些新方法能够提供一个完全整合的价值主张时，它们将推动市场需求。但在那之前，建筑控制仍将是一个缺失的环节，限制了高性能建筑的向前发展。