A process model and workbench framework for the deployment of simulation-assisted building control systems

Abstract

Ein Simulation-aided Building Control (SaBC) System unterstützt Indoor-Umwelt-Steuerungs-Operationen in Gebäuden, indem es das physikalische Verhalten eines Gebäudes modelliert.<br />In einem SaBC werden verschiedene Steuerungsentscheidungen für die nächsten Zeitschritte simuliert sowie die jeweiligen Kennzahlen für diese Entscheidungen ermittelt. Die am höchsten gereihte Alternative wird dann im Gebäudeautomationssystem ausgeführt.<br />Der Einsatz von Simulation-aided Building Control Systemen ist ein komplexer Prozess, weil jedes Gebäude in seiner Kombination aus Physik und immer komplexer werdenden Energiesystemen einzigartig ist. Typischerweise werden die Deployment-Aufgaben manuell durch hochspezialisiertes Personal durchgeführt, was zu einem schlecht dokumentierten und extrem verstreuten Deployment-Prozess führt.<br />Diese Arbeit untersucht den Einsatz von SaBC Systeme. Es wird ein Workflow-Modell erarbeitet, das die Koordination der SaBC Deployment-Aufgaben unterstützt.<br />Eine Workbench wird entwickelt, das das konzeptionelle Framework für die Verbindung der SaBC-Datenakquise, der Datenverarbeitung und dem Gebäudeautomatisierungssystem darstellt.<br />Einige Aufgaben im SaBC Deployment-Prozess können computergestützt erfolgen, vor allem datenintensive, repetitive und fehleranfällige Aufgaben. Diese können voll-oder halbautomatisch abgearbeitet werden.<br />Auch wenn es aufgrund der Deployment-Prozess Komplexität und aktuellen technischen Beschränkungen nicht möglich ist, den gesamten Prozess zu automatisieren, so sind die Vorteile dennoch klar ersichtlich: dazu gehören eine verbesserte Einsatzplanung, Koordination und Zusammenarbeit, effizientere Bereitstellung und höhere Qualität von Informationen auf einem SaBC System.<br />Eine Workbench ist entworfen, bietet einen konzeptionellen Rahmen, um SaBC Datenerfassung, Datenverarbeitung und Gebäudeautomation beziehen.<br />Die Workbench Framework ist unabhängig von Einsatz in einer bestehenden oder neuen Einrichtung und den Umfang der SaBC.<br />Bestehende Werkzeuge können wiederverwendet werden, oder neue, die spezifisch für einen bestimmten Einsatz sind, können hinzugefügt werden.<br />Die Workbench Framework hilft weiter bei der Strukturierung Datenverarbeitung und Fehlerprüfung während der Deployment-Prozess.<br />Das Prozessmodell und Workbench Framework wurden teilweise in Test-Implementierungen von zwei bestehenden Bürogebäude validiert.<br />Erfahrungen aus Test-Implementierungen zeigen, dass signifikante Reduktion der Bereitstellung Aufwand erreicht werden kann.<br />

A Simulation-aided Building Control (SaBC) system supports indoor environmental control operations in buildings by modeling a building's physical performance.<br />In an SaBC, alternative control decisions for future time steps are simulated, and respective performance indicators are ranked (according to utility functions), where the top ranked alternative may be actuated by the building automation system.<br />The deployment of SaBC systems is a complex process due to the uniqueness of each building and the complexity of building systems. Unstructured deployment may be inefficient and result in an SaBC system that does not realize its full potential.<br />This thesis examines the deployment of SaBC systems.<br />A work-flow model is proposed to coordinate SaBC deployment.<br />A task characterization is made and the workbench framework requirements are defined.<br />Some tasks in the SaBC deployment process may benefit from computational support, especially data intensive, repetitive and error prone tasks.<br />These may be fully or semi-automated.<br />Due to the deployment process complexity and current technical limitations it is not possible to automatize the entire process.<br />Potential benefits of such a model include improved deployment planning, coordination and collaboration, more efficient deployment and higher quality on a SaBC system.<br />A workbench is designed which provides a conceptual framework to relate SaBC data acquisition, data processing, and building automation systems.<br />The workbench framework is independent of deployment in an existing or new facility and the scope of SaBC.<br />Existing tools may be reused, or new ones that are specific to a particular deployment may be added.<br />The workbench framework helps further with structuring data processing and error checking during the deployment process.<br />The process model and workbench framework have been partially validated in test deployments of two existing office buildings.<br />Experience from test deployments suggest that significant reduction in deployment effort may be achieved.