3种方式控制建设必须发展

随着数据的分析许多令人兴奋的进展，学习机，电网整合，用户交互和进入建筑行业的可再生能源技术，很容易在高性能建筑的远景和潜力被抓到。不幸的现实是，许多建筑设计的高性能标准，努力实现这一愿景。

事实上，在英国的研究发现，高性能建筑的75％都不能满足他们的能源目标（PDF）而实际上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。

高性能建筑要求更多的功能，系统集成和动态的计算，但是市场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的建设需求

现代，高效的建筑 - 和净零建筑 - 不仅从根本上不同的设计，但必须在数据，天气和入住率预测，电网的交互性和系统集成的复杂无比的世界中运作。然而，当今大多数的硬件和软件控制仍坚持扎根于从20世纪80年代的气动系统，通过集中供热和制冷设备为主的方法。

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.支持系统严格的建筑性能目标整合

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）。

这些复杂的相互作用有要求每个子系统的集成许多独立的变量。类似于智能电网控制使电网从集中化石燃料发电转向分布式供应和需求的资产迅速膨胀，楼宇控制必须不断发展以满足这些根本不同的范式。事实上，碳信托研究28楼是那样的低碳建筑计划的一部分，发现没有建筑，集成多种低碳技术，实现了其设计能源目标。当多种技术被集成到一个系统中，例如加热该偏差为更大。控件再也不能依靠简单的单一系统，可以将过大，以弥补集成较差。

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

除了这些整合的挑战，控制策略范例是从大型暖通空调系统为主向落后，需要预测控制策略变化很大被动反应空间的反应，即时响应转变。

当前基于规则的控制序列主要反应以基于变量的有限数量的实时空间的条件。根据目前的情况，可能的输入和实时新兴技术远离罐头控制序列和模型，而不是所有可能的未来结果-并使用该信息来控制建设。

劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）正在开发这种使用的Modelica的一个应用，但该项目的前期调研。小创业公司也采取这种做法，但他们由于缺乏硬件的风险投资兴趣，盘踞老牌企业和工程师和承包商确定这些系统的规避风险的性质，遇到强劲的投资和市场性。

也有许多其他的技术手段为一体，预测建筑控制，如使用机器学习，该行业还没有完全由于探索历史障碍和缺乏的领域经验的。谷歌（PDF）甚至使用神经网络，以优化其数据中心，导致节省40％在已经高效率的系统。然而，这些有前途的方法需要大量的质量好的历史数据，尽管许多新建筑有广泛的辅助计量和趋势需要提供这个数据，数据质量和管理具有系统性问题。此外，新的建筑物不具备一年的业绩数据来立即控制切换后的建筑。

创新中心

当落基山研究所接近了它的创新中心的设计 - 这是在2016年被占领的 - 它想推的界限是什么一个国家的最先进的超过净零能耗建筑可以做到和理解，以满足所需的控制目标随着时间的推移。为了实现零能耗，我们需要一个被动的建筑，加热的居住者，而不是空气。我们用了分布式方法与自动外部色调，地板下的辐射加热目标，自动自然通风，手动吊扇和专用外部空气单元。创新中心的高热质使用预测天气期间一晚预冷板红晕和温暖由外部百叶窗控制朝南的大窗户板坯。

了解行业面临的挑战上面提到的控制，我们所做的一切的所有者可以做，以确保我们会收到工作的集成系统。我们使用在早期的设计所带来的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。

In spite of this level of planning, foresight and collaboration among all parties responsible for the system, we encountered many of the same issues heard about from industry colleagues time and time again, which — in our experience — was a clear illustration of today’s technology gaps and the state of the industry.

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，大量的能量辅助计量系统已一致集成度和可靠性问题。虽然我们的很多系统都兼容Modbus，我们发现只有有限的点被发现，并通过中央控制系统访问，从而减少功能。用内部控制算法子系统已导致周围系统动作的源极和困难中的故障排除的控制序列操作的混乱。

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

显著的进步已经在过去10年中取得，使开放的控制集成平台借力协议如Modbus和BACnet和开放的软件如Tridium公司。这些方法已经采取了证明集成系统不配合客户特定供应商的市场欲望大步。然而，这些方法都下降无缝开放式集成的短，因为许多现任官员有没有动力去真正打开他们的系统内外暴露的几个标记点。大多数系统需要大量的资源使用这些协议，因为它们只提供简单的输入，如开/关和隐藏在很大程度上专有的控制算法整合硬件。

许多初创公司和研究机构都敲打在任职者的大门，推动这场革命。除了由LBNL工作，茵西北国家实验室（PNNL）开发的开源Volttron平台，其中“可以独立地管理一个广泛的应用，如HVAC系统，电动汽车，分布式能源，或整个建筑物负载”通过面向对象的软件的环境中，使之易于应用程序的开发，同时不可知约编程语言和控制协议。

此外，许多新兴公司不断引进先进的数据分析，基于机器学习控制和开放的集成平台。许多这些进展都没有被增强的建筑控制的值驱动，而是由捕获建筑负荷，能量存储，太阳能电力生产和电动车在先进的工具，费率结构的迅速变化的世界充电积分的值。这些方法具有很大的希望，但面对由于大型老牌企业和原有系统的所有投资组合存在显著的市场壁垒。

即将到来的革命

鉴于RMI与创新中心的经验，我们热忱地相信这些控件集成和运营问题是最大的障碍，以建筑行业不断发展和加入“智能建筑”的21世纪的一个。许多初创公司和新的软件解决方案提供先进的分析和优化与电网整合方法一起，但都建立在基本假设是，基地建设的控制和数据管理系统，实现这些方法都在工作。许多这些初创公司发现，他们的解决方案不能得到充分的应用或正在失败，因为建筑是不是足够高的水平运行，提供这些系统所需的数据和稳定性。

Controls have an opportunity to emerge as the single most important aspect determining a building’s operational performance, but only if the industry can deliver a fully integrated value proposition that encompasses predictive modeling, data analytics and energy system integration and that also fundamentally works for building owners and occupants. RMI believes that when these new approaches can provide a fully integrated value proposition, they will drive market demand. But until then, building controls will continue to be a missing link, limiting the forward progress of high-performing buildings.