Why do we need smart buildings?
為什麼我們需要智慧建築？
Klacci Kii Assistant The hospitality System(中文字幕)
CONSULTING SPECIFYING ENGINEER
建築業主可以使用感測器技術和集中式建築控制，使他們的建築更安全、更有彈性
學習目標
- 1. 了解什麼是智慧建築。
- 2. 了解應對 COVID-19 等健康問題的一些方法。
- 3. 探索用於使建築更智慧的策略。
幾十年來，建築物一直使用單獨的設備控制和建築自動化系統來改善供暖、通風和空調；燈光; 以及安全和保障。設備和數據驅動的控制，正在被整合到被稱為智慧建築的建築中，它可以監控、檢測和調整建築系統，以適應一個季節、一天甚至任何給定時刻，所即時發生的不斷變化的需求。
配備感測器、人工智慧和機器學習的智慧建築，可以即時對變化做出反應，然後透過行動設備或桌面應用 app，即時通知建築營運團隊。建築業主能否使用這些技術和控制能力，來使他們的建築在 COVID-19 大流行期間更具彈性？
什麼是智慧建築？
與傳統設施相比，是什麼使建築物變得智慧？要了解智慧建築的作用，最好看看建築技術的發展。傳統上，建築技術背後的驅動力是基於能源使用、安全和設施營運和維護。隨著智慧建築繼續以新方式實施更多技術，我們更接近於與數位孿生相關的全自動設施，這是實體對象或系統，在其生命週期中的虛擬表示，以執行建築性能和預期佔用密度的模擬，以及建築系統的行動和智慧控制。
傳統建築物在設備級別包含控制，通常不受集中式建築物自動化系統的控製或協調，並且通常僅限於僅在本地場所（即，設備）進行控制。傳統建築依賴定期預防性維護和建築自動化，來僅監控某些系統，而不是完全整合的設施。
整合建築包含一個集中的 BAS，通常控制 HVAC、安全、照明和生命安全系統。可以遠端查看整合建築以進行診斷考慮，這使營運團隊能夠查看即時設施性能，和當前設備問題。這種類型的設施是智慧建築的基礎，但不具備自動捕獲數據和更改系統的全部能力。
智慧建築使用感測器從每個系統或設備收集數據，並使用人工智慧或機器學習分析數據，以即時自動更改系統。「物聯網」應用和感測器是全面的，可提供即時數據分析，並為營運團隊提供搶先維護資訊，以便他們能夠主動解決潛在的系統問題。
建築技術的發展，使設施用戶和業主能夠監控和調整工作場所 —— 在某些情況下，在出現任何實際問題之前主動採取行動。隨著建築物變得越來越智慧，業主也應該與不可預見的未來流行病或其他健康問題作鬥爭。
圖 1：智慧建築配備了感測器，可提供即時資訊，用於監控、控制和調整任何環境，例如入住率、性能、維護和建築健康需求。圖片來源：CDM 史密斯
我們對建築物和健康問題（例如 COVID-19）了解多少？
確定 COVID-19 傳播風險時需要考慮幾個因素：距離、時間、環境和活動。強有力的 COVID-19 風險解決方法，包括對這些考慮因素的積極響應，並需要與醫療保健、營運、工程師和建築師合作，研究、評估和實施考慮所有觀點的解決方案。
COVID-19 和智慧建築
病毒的主要傳播方式，是透過呼吸道飛沫在人與人之間密切接觸。人越近，傳播的風險就越高。美國疾病控制與預防中心建議保持 6 英尺的距離，將持續接觸時間減少到 15 分鐘以內，並戴上口罩，以防止病毒傳播。
然而，對於任何建築業主來說，了解人的運動、模式和趨勢都具有挑戰性。提供工具和技術來應對這些挑戰對於業主來說歷來是困難的。控制人與人之間的距離，和在封閉空間內停留的時間，是控制病毒傳播的關鍵。
大多數感染發生在工作場所，或大型社交聚會的室內。降低室內風險的最佳方法，是提供一個更健康的環境，以解決空間的使用和活動問題。例如，唱歌和大喊大叫可以產生比正常呼吸更多的飛沫，從而導致風險增加。
設施有幾個不同的空間和用途，包括過渡空間（人行道）和固定區域（電梯和洗手間）。每個建築物都有不同的用途，有時它們具有多種功能。工作場所環境是一個充滿活力的地方，人們在此協作、長時間聚集在某個區域、穿過空間進行流通和運動、鍛煉和進行體育活動。
建築物的動態特性，意味著對病毒傳播或健康問題的任何反應，都必須從空間規劃和使用的角度解決多種用途。建築師和工程師正在與建築業主合作，評估降低傳染性氣溶膠傳播風險的方案。正在考慮的一些選項包括：
- 工作場所密度和空間使用。
- 空間優化和與建築用戶的策略溝通。
- 增加通風率和房間壓差，有助於將空氣移向排氣位置，遠離居住者。
- 提高中央空氣處理裝置的空氣過濾效率等級，或改裝高效微粒空氣過濾器箱，以減少將傳染性顆粒再循環回空間的空氣負載。
- 紫外線 (UV-C) 可以透過將空氣中的微生物，暴露在空氣處理機或管道系統內的光線下，來破壞它們。
- 空氣粒子的電離對空氣流中的微生物和超細顆粒，具有與紫外線相似的效果。雙極電離是一項有前途的技術，仍在繼續評估。
支持健康建築的策略
了解支持健康建築的策略是，裝備智慧建築以主動解決設施問題的關鍵步驟。在建築物中實施新技術之前，設計師必須首先對空間使用和系統進行建築準備計劃。首先收集記錄文件，例如竣工和規格、HVAC 和管道系統的最新文件以及調試報告。制訂空間使用和居住者流通圖，透過辨識需要考慮特殊技術措施的夾點、高密度區域或空間，最好地說明人們如何穿過建築物，以及他們如何使用每個空間。了解在引入任何新技術之前，可以實施的看板和尋路策略。
圖 2：「物聯網」應用 app 和傳感器是全面的，提供實時數據分析並為運營團隊提供搶先維護信息，以便他們能夠主動解決系統問題。圖片來源：CDM 史密斯
這些工具對於建構用戶很重要，因為它們為他們提供了應遵循的即時和明確的行動，例如遵守流通路徑、消毒供應品、保持社交距離，以及僅在短時間內以小組形式聚集。
當建築用戶對如何在工作場所保持安全有明確的指示時，可以引入新技術使建築更智慧，以幫助業主解決健康問題。智慧建築可以透過使用不同的策略來幫助解決健康問題，包括啟用和鼓勵社會疏遠、促進安全工作場所使用、改善空氣品質、減少空氣污染物的傳播，以及提供即時資訊，以主動利用數據。
安全的工作場所
技術可用於透過以下方式，幫助保持社交距離和管理空間使用：
- 使用物聯網感測器和分析監控辦公室佔用密度和安全距離。
- 透過使用影像分析或門禁控制閱讀器，來控制建築物的佔用率。
- 使用熱像儀篩查居住者的皮膚溫度升高。
- 考慮如何通過數據驅動的感測器使用空間（會議室、複印區、午餐/休息室、隔間和辦公室）。
- 當爆發確實發生時，向所有者提供來自這些空間的接觸者追踪資訊。
- 透過即時調度、測溫站、紅外線溫度計溫度感測器、隔離室，或帶有增加和隔離 HVAC 的健康室，調度和錯開居住者策略以減少大量人員。
- 在公共區域添加通訊站或螢幕，以傳達建築物的健康狀況和空間使用的即時更新，以及關鍵事件的緊急通知。
物聯網技術可以讓人們回到建築物中工作或娛樂。根據當前的 CDC 聲明，COVID-19 是根據暴露時間和距離傳播的。智慧建築技術可以幫助追踪和加強社會疏遠準則。使用即時數據，建築物可以獲得有關建築物密集區域的資訊。這些資訊隨後會導致行為變化，例如方向箭頭指向密集區域周圍的人或更多標誌，以提醒人們保持 6 英尺的距離。這些數據可能會發現一個意想不到的瓶頸，並允許建築物快速糾正這種情況。
大多數大型辦公樓要求居住者在建築物內佩戴徽章。這些徽章可以很容易地與物聯網設備一起使用，以進行合同追踪。在整個建築物中使用物聯網感測器，人力資源或安全部門，可以追踪感染者在很長一段時間內，接觸過的所有其他徽章。代替隔離或隔離感染者所在樓層的每個人，只有透過徽章追踪的人，才能被告知潛在的暴露情況。
物聯網感測器還可用於確定，需要或多或少地清潔哪些區域。隨著辦公樓入住率的降低，有許多房間不是每天使用的。在一些辦公室，即使每天只有少數人進入辦公室，清潔人員也會每晚進入清潔大樓，他們只在辦公桌前工作，而不是在會議室或其他公共空間工作。每天晚上，清潔人員都會擦拭所有表面，包括那些未使用的會議室。
物聯網設備可以準確辨識未使用的區域，並且可能會在清潔輪換中跳過。這些設備還可以發現經常使用的區域，並在需要更頻繁地清潔時提醒建築物操作員。結合徽章追踪，可以快速將清潔定向到感染者訪問的區域。這種即時數據可最大限度地提高清潔效率，並提供更安全的環境。
室內空氣品質
自 COVID-19 以來，空氣過濾和處理作為解決措施經常被討論。物聯網設備可用於 HVAC 系統，以顯示整個建築物的室內空氣品質 —— 比有線感測器覆蓋更多的建築物。無線物聯網感測器分佈在整個空間中，大約每 100 平方英尺左右，可以顯示空間中的溫度和/或濕度變化。物聯網感測器顯示出安裝在門附近的傳統感測器無法提供的精細性能水準。反過來，這可以提醒建築物注意潛在的相對濕度問題，或者至少是空氣分佈不良。
在 ASHRAE 建議一個至少MERV-13用於攜帶病毒顆粒的更好的過濾。如果將 MERV-13 過濾器改裝到現有系統中，那麼追踪過濾器加載時的壓降很重要。與通常安裝的 MERV-8 相比，MERV-13 過濾器的初始壓降更高，新安裝的智慧感測器可以提供即時回饋，從而優化過濾器更換。
在依賴定期更換過濾器或手動觀察壓力表的建築物中，新的物聯網感測器可以節省個人維護時間，並保持室內空氣品質。智慧感測器還可用於追踪顆粒物水平 PM1、PM2.5 和 PM10，以獲得更高級別的資訊。顆粒物數據可以發送到中央資訊站，以向員工顯示建築物過濾顆粒物的情況。在 COVID-19 之後，這種詳細程度有助於過敏和哮喘患者。可以將資訊站放置在中心位置，以通知建築物的居住者建築物的總體健康狀況。
即時智慧建築數據
建築 HVAC 在員工健康和生產力方面，發揮著重要作用。隨著我們適應大流行帶來的變化，人們對我們工作的建築物有了更高的認識。與擴展 BAS 相比，物聯網設備可以以更低的成本，提供更多區域的更多室內空氣品質數據。
BAS 將大量數據，從各種來源提供到一個中心位置。該數據通常包括空氣處理裝置空氣溫度、建築物照明和建築物通道。必須分析 BAS 收集的所有數據。如果設施人員無法快速分析數據，則分析可能會延遲。
使用雲端運算和儲存的物聯網設備，可以透過直接向設施人員，提供清晰的見解來減輕分析負擔。這允許設施人員主動做出決策，而不是被動地做出決策。隨著更多來自建築物和設備的數據被收集，機器學習或人工智慧可以通知建築物以進行預測性維護。
節省成本是在建築物損壞之前，固定建築物內的設備的主要好處。預測性維護可以幫助設施所有者更好地規劃升級，並透過將 HVAC 系統維護，在指定的運行條件下最大限度地減少住戶的擔憂或投訴。
使用 BAS，建築物 HVAC 計劃在每天的特定時間運行。由於 COVID-19，大多數辦公樓的入住率都在降低，在可預見的未來這種情況將持續下去。借助智慧感測器和基於應用 app 的預訂，更高級別的 HVAC 控製成為可能。無需在周一至週五早上 7 點至晚上 7 點運行 HVAC 系統，該系統可以根據空間的網路預訂進行安排。
空間中的智慧感測器還可以與暖通空調系統進行通信，了解空間是否已被佔用。與使用二氧化碳感測器相比，使用智慧感測器可提供即時的空間控制，其中 HVAC 系統會延遲到 CO 2 感測器，達到其設定點。
例如，可以在中午預訂一個會議室四個小時。暖通空調會「看到」這個預訂，並在這四個小時內調節空間。如果會議延長，即時感測器將透過物聯網感測器提醒 HVAC 系統會議室仍被佔用，並在沒有任何占用者操作的情況下繼續調節空間。
如果該區域被保留但仍然未被佔用，則相反的情況也成立。基於物聯網感測器，暖通空調裝置將進入溫度回退模式，然後在感應到人在空間後返回佔用模式。使用帶有新智慧感測器的網路調度，在不使用時動態降低空間溫度可以節省成本，以幫助抵消與其他 COVID-19 解決策略相關的更高能源成本。
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