Virtuelle sensorer til bygninger: udfyld datahullerne uden ny hardware

Foto af iSawRed på Unsplash.

De fleste sensorhuller i bygninger løses den dyre vej. Køb en probe. Læg kabelrør. Få punktet idriftsat i BMS. Vent på, at en entreprenørs tid åbner sig. En virtuel sensor springer over det meste af det. Det er en måling beregnet fra sensorer du allerede har, ikke et nyt stykke hardware. Tilluftsentalpi fra en temperatur- og fugtighedsaflæsning. Belægning fra en CO2-trend. Udstyrets driftstid fra et effektoptag. Hvis fysikken forbinder to punkter, er det andet ofte kun en beregning væk, ikke en indkøbsorder væk.

Hvad en virtuel sensor egentlig er

En virtuel sensor er en udledt aflæsning. En fysisk sensor rapporterer en værdi, den har målt direkte. En virtuel sensor rapporterer en værdi beregnet fra en eller flere andre målinger, ved brug af et kendt forhold mellem dem, uanset om det forhold er fysisk (termodynamik, fluiddynamik) eller statistisk (en korrelation lært fra historiske data).

Den underliggende idé har en længere historie uden for bygninger. Procesindustrier kalder det en soft sensor: at udlede en variabel, der er dyr eller upraktisk at måle direkte, sig polymerviskositet inde i en reaktor, fra nogle der er billige og hurtige at aflæse, som temperatur, tryk og flowrate. Kemiske fabrikker har støttet sig på soft sensors i årtier, fordi det at installere et inline-viskosimeter er et større job end at aflæse tre transmittere, der allerede findes på linjen. Bygninger indhenter samme logik. En kanaltrykaflæsning kan komme fra ventilatorhastighed og spjældposition i stedet for en dedikeret trykfølere. En kølevandsflowrate kan komme fra ventilposition, delta-T og pumpekurven i stedet for en flowmåler. I HVAC-anvendelser specifikt fungerer en virtuel sensor oftest som stedfortræder for et punkt, der enten er svært at nå fysisk eller aldrig var værd en dedikeret transmitter i første omgang.

Hvorfor du ville ønske dig en

Tre situationer skubber et team mod en virtuel sensor i stedet for en arbejdsorder. Dækningshuller: et punkt det oprindelige design aldrig inkluderede, fordi ingen forudsåg behovet, eller budgettet slap op. Fejlet hardware: en probe der har rapporteret en flad linje i seks måneder, fordi ingen bemærkede det, eller bemærkede det og udskiftningen sidder fast i indkøb. Punkter, der er reelt upraktiske at instrumentere direkte: en dampfælde begravet bag isolering, en kanalføring gennem et færdigt loft uden adgangspanel, et lejemål hvor udlejeren ikke kan få en entreprenør ind uden to ugers varsel.

I hvert tilfælde er alternativet til en virtuel sensor det samme: indkøb, installation og en BMS-genidriftsættelsescyklus for et enkelt datapunkt. Det er reel omkostning og reel leveringstid for noget en beregning ofte kan levere inden for en uge. Virtuelle sensorer gør også nyttigt arbejde, hvor hardware allerede findes. Kør en virtuel sensor sammen med den fysiske, den tilnærmer, og en uoverensstemmelse mellem de to er i sig selv et signal: enten er den fysiske probe drevet, eller beregningens antagelser holder ikke længere for det pågældende udstyr.

Hvor virtuelle sensorer tjener deres plads

Virtuel måling til lejerunderfakturering. Lejerfakturering og kostfordeling ønsker normalt en undermåler per lejemål, og at eftermontere en i hver enhed i en eksisterende bygning er dyrt. En virtuel undermåler udleder en lejers forbrug fra hovedmåleren minus de belastninger, der måles separat, eller fra korreleret udstyrsdrift, hvor forholdet mellem driftstid og forbrug er velforstået. Den vil ikke matche en certificeret indtægtsmåler for fakturagradsnøjagtighed, men til kostfordeling og afvigelsesdetektion er virtuel måling ofte tæt nok på til at være nyttig med det samme.

Udledte komfortindekser. En enkelt lufttemperaturaflæsning fortæller dig ikke, om et rum føles komfortabelt. Fugtighed, og i mindre grad strålende overfladetemperatur, betyder også noget. Et udledt komfortindeks, beregnet fra temperatur- og fugtighedssensorer de fleste zoner allerede har, kommer tættere på, hvad en beboer faktisk oplever, end en ren temperaturaflæsning, uden at installere en globe-termometer i hvert rum.

Udledt flow og last fra korrelerede sensorer. En flowmåler, der er fejlet, eller aldrig blev installeret, behøver ikke betyde at flyve blindt. Hvor ventilposition, pumpekurve og delta-T alle er tilgængelige, kan en virtuel sensor udlede flow til en brugbar tilnærmelse. Samme logik gælder for elektrisk belastning på et kredsløb uden dedikeret måler, udledt fra driftstiden og den nominelle belastning for udstyret på det kredsløb.

Virtuelle sensorer og datatillid

En virtuel sensor er kun så god som det, den er bygget på. Fodre den med en drivende temperaturprobe eller en gammel CO2-aflæsning, og den producerer et selvsikkert forkert tal, uden de synlige fejltegn en defekt fysisk sensor normalt viser. En død probe fladlinjer ofte eller rapporterer en åbenlyst umulig værdi. En virtuel sensor bygget på dårlige input fortsætter med at producere plausibelt udseende tal, der simpelthen er forkerte. Det er et datatillidsproblem, og det gælder for enhver beregnet måling, ikke virtuelle sensorer specifikt. Vi har dækket det bredere spørgsmål om at validere sensordata, før man stoler på den andre steder; kort fortalt fortjener en virtuel sensor samme drift-kontroldisciplin som de fysiske input, den afhænger af, ikke mindre.

Hvor virtuelle sensorer passer i en sensorintelligens-stak

I FrostLogic Explore er en virtuel sensor ikke en sidefunktion boltet på analysen. Den er et input, behandlet på samme måde som et fysisk: versioneret, overvåget kontinuerligt for drift, og valideret før den får lov til at påvirke en prognose eller udløse en alarm. Det betyder noget, fordi værdien af en virtuel sensor ikke er beregningen alene. Det er, hvad beregningen fodrer. Vores BMS-analyseplatform læser fysiske og virtuelle sensorer ens ind i den samme pipeline for afvigelsesdetektion, prognosticering og compliance, så en huludfyldende virtuel måling får samme granskning, og gør samme arbejde, som en sensor med en fysisk probe bag sig.

Nysgerrig efter, hvad vi kunne udlede fra dine eksisterende sensorer? Anmod om en demo, og vi kigger på, hvad der allerede rapporteres i din BMS.

Ofte stillede spørgsmål

Er en virtuel sensor lige så nøjagtig som en fysisk? Det afhænger af, hvad den er bygget på, og hvor godt det underliggende forhold er forstået. En virtuel sensor udledt fra et velkarakteriseret fysisk forhold, som enthalpi fra temperatur og fugtighed, kan være meget nøjagtig. En bygget på en statistisk korrelation er kun så god som de data, den blev trænet på, og hvor tæt nuværende forhold matcher den træningsperiode. For fakturagradsnøjagtighed vinder en certificeret fysisk måler stadig; til trending, afvigelsesdetektion og huludfyldning er en velbygget virtuel sensor normalt nøjagtig nok.

Hvilke data har en virtuel sensor brug for? Som minimum de inputsensorer, den er beregnet fra, samplet med en frekvens fin nok til at fange de ændringer, du bekymrer dig om, plus et kendt eller lært forhold, der forbinder disse input til det output, du ønsker. Fysikbaserede virtuelle sensorer har brug for færre historiske datapunkter end statistisk udledte, som har brug for nok historie over nok driftsbetingelser til at lære en pålidelig korrelation.

Kan virtuelle sensorer helt erstatte fysisk måling? Nej, og det er ikke rigtig, hvad de er til for. Virtuelle sensorer udfylder huller og tilføjer redundans; de erstatter ikke de fysiske sensorer, en bygning faktisk har brug for til styringsloops, sikkerhedsforanstaltninger eller fakturagradsmåling. Hvor hardware findes, bør den forblive. Hvor den ikke gør, og installation af den er uforholdsmæssig i forhold til punktets værdi, er en virtuel sensor ofte den mere fornuftige investering.

Hvad er forskellen mellem en soft sensor og en virtuel sensor? De er det samme koncept under to navne. Soft sensor er det udtryk, procesindustrier har brugt i årtier. Virtuel sensor er udtrykket, der er slået igennem i bygninger. Begge beskriver en udledt aflæsning beregnet fra andre målinger snarere end målt direkte.

Hvordan bruger FrostLogic Explore virtuelle sensorer? Som input, ikke som en sidefunktion. Explore behandler en virtuel sensor på samme måde, som den behandler en fysisk: versioneret, overvåget for drift, og valideret før den får lov til at fodre en prognose eller udløse en alarm gennem FrostDynamics-motoren.

Har en virtuel sensor brug for sit eget punkt i BMS? Ikke nødvendigvis. En virtuel sensor kan eksistere rent i analyselaget, beregnet fra BMS-trenddata uden nogensinde at blive skrevet tilbage som et BMS-punkt. Nogle teams skriver den tilbage, normalt når andre systemer som dashboards eller rapporteringsværktøjer skal læse den, som om den var et nativt punkt.

Hvordan ved du, om en virtuel sensors beregning stadig er gyldig? Overvåg den på samme måde, som du ville overvåge en fysisk sensor for drift, og hvor muligt, kør den sammen med den fysiske sensor, den tilnærmer, så uoverensstemmelser dukker op tidligt. En beregning, der holdt for en driftstilstand af et stykke udstyr, kan stille holde op med at holde efter en renovering, en setpunktsændring eller en omskrivning af styresekvensen, så den har brug for samme løbende granskning som alt andet i datapipelinen.