人工智慧或自動化能否解決建築物低能效問題？

美國勞倫斯伯克利國家實驗室開發的一種新工具可以幫助自動化故障檢測和診斷軟體，最大限度地減少人機互動的需要，從而提高效率和減少碳排放。

如今，建築自動化和能源管理系統在設施管理中變得越來越必要，這對建築運營會產生直接影響，因為圖使得業主和營運商能夠在面對氣候變遷時實現更高的效率、靈活性和彈性。但伴隨這些複雜工具而來的是複雜性的增加和錯誤的引入，而且通常是以犧牲這些技術所提供的效率為代價的。

因此，樓宇故障偵測和診斷 (FDD) 技術越來越受歡迎，每年可為業主節省數百萬美元的樓宇成本，而且投資回報期通常不到兩年。 FDD工具可自動執行偵測 HVAC 系統故障和次優效能的流程，以協助診斷潛在原因。根據位於加州伯克利的勞倫斯伯克利國家實驗室 (LBNL) 於2022 年 2 月發布的一份報告，FDD通常位於現有建築自動化系統 (BAS) 之上。

然而，儘管商業FDD工具似乎是提高能源效率並進而減少碳排放的靈丹妙藥，但仍存在一個小問題：需要人為解決。 LBNL報告指出，「一旦發現故障，需要人為幹預來修復故障，這通常會導致延遲，甚至不作為，從而導致額外的運營和維護成本以及影響建築物內的舒適條件。」

換句話說，建築物的效率、節能和碳排放量仍然在很大程度上取決於人。

據LBNL稱，商業FDD應用的自動故障修正在關閉被動診斷和主動控制之間的循環方面顯示出巨大的前景。在某些情況下，這些工具可以整合人工智慧 (AI) 以進行預測性維護，為設施管理者提供比以往更大的靈活性和自由度。

問題：控制容易出錯

據統計，建築物使用了美國70%的電力，佔全球燃料燃燒產生的碳排放量的近33%，約佔溫室氣體排放總量的20%。因此，建築物必須變得越來越高效，並在問題發生之前預測其係統的問題。

然而，FDD工具並非萬無一失。事實上，根據LBNL和美國能源部 (DOE) 的數據，研究估計傳統設備故障和控制問題會顯著增加溫室氣體排放和能源費用，達到每年170億美元和9,000萬噸CO 2當量。

「事實證明，我們最常遇到的對能源影響最大的機會可以透過自動故障糾正和控制優化來解決，」LBNL表示。

這些提升能源績效的機會包括：

1. 優化節能器高鎖定溫度設定點。
2. 修正錯誤編程的HVAC計劃。
3. 釋放不必要的控制覆蓋。
4. 偏移溫度感測器的校正。
5. 自動循環調整。
6. 實作最佳實務重置策略。
7. 最佳化區域溫度設定點設定。

「我們現在正在努力將我們的最佳無故障控制解決方案套件擴展到更廣泛的FDD合作夥伴，並包括其他策略，例如自動調試/功能測試和需求靈活性， 」Granderson表示。

解決方案：自動化如何改善FDD 結果

2016 年，LBNL與美國能源部和各行業合作夥伴合作發起了智慧能源分析運動，這是一項公私合作夥伴關係，產生了關於建築分析、成本、收益和使用的最大數據集。從那時起的幾年裡，LBNL還與美國國內領先的FD 技術市場供應商合作，將最先進的技術擴展到以前可用的技術之外。 Granderson介紹說，她的團隊已經開發並實施了額外的程式設計功能，一旦故障被現有的FDD軟體識別出來，就可以自動修正故障。

在2020年與兩個最終用戶合作夥伴進行的實地研究中，LBNL為HVAC系統開發並部署了一組七種故障校正演算法，這些演算法使用現有的BAS供應商平台在真實建築中進行了測試。演算法校正的變數涵蓋時間表、設定點、感測器讀數、命令、加熱/冷卻請求以及比例、積分、微分 (PID) 參數。

從歷史上看，FDD 技術已與樓宇自動化系統集成，以「唯讀」格式獲取系統和設備操作的操作資料。 「我們做的第一件事是增強該接口，使FDD系統也能夠將命令『寫』回 BAS，」Granderson 解釋道。

該團隊隨後開發了一個工程邏輯庫，該程式庫定義瞭如何透過修改通常可透過 BACnet 協定存取的控制系統參數來解決各種與控制相關的問題。

最後，團隊將修正邏輯整合到 FDD 平台和麵向操作員的使用者介面中。現在，一旦 FDD 系統偵測並診斷出故障，操作員就會收到問題通知以及建議的糾正措施。在操作員批准後，將執行糾正措施並解決故障。

Granderson 提供了以下範例：區域溫度設定點過於激進可能會被標記為引起操作員的注意和修正，並顯示訊息「該區域的冷卻設定點為66度，低於建議值。您想將設定點恢復到建議的68度嗎？」 經操作員批准，FDD系統能夠透過其與BAS 的介面將修正後的68華氏度設定值寫回區域控制器。一旦這個動作完成，故障就解決了，FDD系統回到問題偵測和診斷。

除了故障修正，LBNL 也將FDD系統功能擴展到控制最佳化。首先，它根據ASHRAE 指南 36：HVAC 系統的高性能操作順序，開發並測試了針對空氣處理機組靜壓和送風溫度實施最佳實踐調整和響應重置策略的方法。在這些解決方案中，LBNL的技術正在抑制「特殊」區域，這些區域會因無法滿足的暖氣或冷氣需求而增加能源使用。

Granderson 指出，雖然 LBNL 目前沒有在其開發的故障修正方法中使用人工智慧，但一些FDD供應商正在其技術堆疊的某些部分使用人工智慧。

總部位於雪梨和北達科他州法哥的Building IQ 推出了所謂的基於結果的故障檢測(OFD) 服務，該服務結合了人工智慧、能源分析和人類專業知識，以克服許多FDD 服務的缺點。 「基於結果的故障檢測是一種全面的解決方案，可以將故障檢測帶向更好、更廣泛的方向，」該公司時任總裁兼首席執行官Michael Nark 在2018 年6 月的新聞發布會上表示。

「它透過接受設施專家發揮的關鍵作用並透過機器學習和尖端人工智慧來增強它來做到這一點。無論數據是好是壞，OFD 都能正常工作，並利用機器學習將數據分析的負擔轉移到雲端。結果是建築運營商不必浪費寶貴的時間和資源來搜索數百個日常故障表。相反，有了OFD，運營商可以專注於真正需要修復的東西、他們的租戶和底線。」

自動化FDD系統的優勢

Granderson 說：「我們的建築物中隱藏著令人驚訝的低效水平。」 「自動控制系統保持溫度和濕度水平，並保持系統運行以提高乘員舒適度。但它們通常會失調，下班後可能無法關閉，或者可能使用會浪費能源並推高成本和溫室氣體排放的設置。」

她說，自動化FDD技術可以持續分析營運數據，為建築運營商和能源管理人員發現問題，並指出「好處是巨大的。我們的工作表明，在其產品組合中使用FDD系統的組織平均可節省9%，投資回收期為兩年。」 添加自動故障糾正功能可以進一步擴展優勢，她繼續說道。無需等待數週或數月才能解決問題，而是可以在數小時內解決問題，並且可以將寶貴的員工專業知識用於解決最棘手的問題。

「此外，將控制命令寫回 BAS 的能力也使我們能夠實施監督控制優化，」她說。 「透過FDD系統提供監督最佳化控制，可以跨不同年份和品牌的BAS 進行可擴展實施，而無需昂貴的升級，而更傳統的方法可能需要直接修改BAS 程式設計。」

基於自動化和人工智慧的BAS和BEMS解決方案已在全球商業建築領域中採用。例如，ABB 的 Ability BE Sustainable with Efficiency AI目前管理超過 275 棟建築，總面積超過1億平方英尺。總的來說，這些裝置每年可減少超過100萬公噸的二氧化碳排放，所有這些都是透過利用已經進行的樓宇自動化投資來實現的。

智慧建築的未來是持續改進

良好的數據是建築自動化和管理系統的基礎，輸入能源管理和資訊系統的數據越多越好。隨著FDD工具和自動化軟體的發展，智慧建築的實施、可擴展性和可靠性將不斷提高——希望開始這一旅程的建築物業主和設施經理將擁有可供使用的工具。

2020 年 10 月，LBNL發布了一個 應用程式展示，幫助利害關係人了解如何開始，重點介紹智慧能源分析活動參與者的最佳實踐，並提供產業中發生的創新範例。

「我們已經在許多建築物和BAS產品中測試了這些新功能，」Granderson 說。 「迄今為止的結果表明，它們可以在不同的控制器之間進行擴展，FDD供應商提供適度的額外開發和實施提升。由於這些新興技術功能由其合作夥伴透過我們的產品功能或模組提供，LBNL將能夠追蹤相對於傳統FDD系統的增量成本。

「這一切都很新，而且還在成熟，但這項工作的令人興奮之處在於它向我們展示了智慧建築的未來。我們越來越多地要求我們的建築——它們成為淨零溫室氣體排放者，整合越來越多的分散式能源，並提供健康舒適的室內環境，同時與再生電網相協調。

「大規模實現這一目標的唯一方法是利用FDD和其他智慧建築軟體提供的基於現代軟體的基礎設施。它為我們提供了不斷『推動』改進控制和分析解決方案的管道。」

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