• No results found

ICT PLATFORM FOR HOLISTIC ENERGY EFFICIENCY SIMULATION AND LIFECYCLE MANAGEMENT OF PUBLIC USE FACILITIES

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "ICT PLATFORM FOR HOLISTIC ENERGY EFFICIENCY SIMULATION AND LIFECYCLE MANAGEMENT OF PUBLIC USE FACILITIES"

Copied!
19
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

 

 

 

ICT

 

PLATFORM

 

FOR

 

HOLISTIC

 

ENERGY

 

EFFICIENCY

 

SIMULATION

 

AND

 

LIFECYCLE

 

MANAGEMENT

 

OF

 

PUBLIC

 

USE

 

FACILITIES

 

 

Deliverable

 

D6.2:

 

Web

 

service

 

and

 

interface

 

client

 

for

 

interoperable

 

energy

 

management

 

support

 

Responsible Authors: Tuomas Laine, Francisco Forns‐Samso, Eino Kukkonen  Co‐Authors: Marie‐Christine Geißler  Due date:  31.5.2012  Issue date:  31.5.2012  Nature: Prototype 

(2)

 

Start

 

date

 

of

 

project:

 01.09.2010 

Duration:

 36

 

months

 

Organisation

 

name

 

of

 

lead

 

contractor

 

for

 

this

 

deliverable:

 

Insinööritoimisto

 

Olof

 

Granlund

 

Oy

 

History

 

Version  Description  Lead Author  Date 

0.1  First Draft  Granlund Oy  17.04.12 

0.2  Second Draft  Granlund Oy  15.05.12 

0.3  Edited pre‐final version  TUD‐CIB  24.05.12 

1.0  Final Version  Granlund Oy  31.05.12 

Copyright

 

This

 

report

 

is

 

©

 

HESMOS

 

Consortium

 

2011.

 

Its

 

duplication

 

is

 

restricted

 

to

 

the

 

personal

 

use

 

within

 

the

 

consortium,

 

the

 

funding

 

agency

 

and

 

the

 

project

 

reviewers.

 

Its

 

duplication

 

is

 

allowed

 

in

 

its

 

integral

 

form

 

only

 

for

 

anyone's

 

personal

 

use

 

for

 

the

 

purposes

 

of

 

research

 

or

 

education.

 

Citation

 

Laine

 

T.,

 

Forns

Samso

 

F.,

 

Kukkonen

 

E.,

 

Geißler

 

M.,

 

(2012):

 

HESMOS

 

Deliverable

 

D6.2:

 

Web

 

service

 

and

 

interface

 

client

 

for

 

interoperable

 

energy

 

management

 

support,

 

©

 

HESMOS

 

Consortium,

 

Brussels.

 

Acknowledgements

 

The

 

work

 

presented

 

in

 

this

 

document

 

has

 

been

 

conducted

 

in

 

the

 

context

 

of

 

the

 

seventh

 

framework

 

programme

 

of

 

the

 

European

 

community

 

project

 

HESMOS

 

(n°

 

26088).

 

HESMOS

 

is

 

a

 

36

 

month

 

project

 

that

 

started

 

in

 

September

 

2010

 

and

 

is

 

funded

 

by

 

the

 

European

 

Commission

 

as

 

well

 

as

 

by

 

the

 

industrial

 

partners.

 

Their

 

support

 

is

 

gratefully

 

appreciated.

 

The

 

partners

 

in

 

the

 

project

 

are

 

Technische

 

Universität

 

Dresden

 

(Germany),

 

NEMETSCHEK

 

Slovensko,

 

S.R.O.

 

(Slovakia),

 

Insinooritoimisto

 

Olof

 

Granlund

 

OY

 

(Finland),

 

Royal

 

BAM

 

Group

 

NV

 

(The

 

Netherlands),

 

Obermeyer

 

Planen

 

+

 

Beraten

 

(Germany)

 

and

 

AEC3

 

LTD.

 

This

 

report

 

owes

 

to

 

a

 

collaborative

 

effort

 

of

 

the

 

above

 

organizations.

 

       

Project of SEVENTH FRAMEWORK PROGRAMME OF THE EUROPEAN COMMUNITY  Dissemination Level  

PU  Public  X

PP  Restricted to other programme participants (including the Commission Services)  RE  Restricted to a group specified by the consortium (including the Commission Services)  CO  Confidential, only for members of the consortium (including the Commission Services) 

(3)

Executive

 

summary

 

The objective of WP6 is to provide energy‐related tools and web services for the intelligent lifecycle 

management of public use facilities that are capable to resolve operating problems, improve 

comfort, optimize energy use, identify retrofits and provide related cost estimates.  

Deliverable D6.2 presents the development of the web service and data interface client for energy 

related management as planned in Task 6.2. Web services are utilized to integrate measured sensor 

data collected by building automation systems (BAS) with the tools of the Facilities Management 

module of the Integrated Virtual Energy Laboratory of HESMOS (IVEL). The performed work complies 

with the tasks specified in the HESMOS Description of Work.  

This deliverable report is a supplementary document that contains the data transfer specification to 

the developed software, which is the actual product of WP6. 

We present two use case scenarios that integrate sensor data with FM tools.  

 The first use case supports requirements management of energy related thermal conditions.  

 The second case supports monitoring of energy related system performance.  The deliverable report is structured in four parts: 

The first part provides a description of the two use case scenarios of utilizing web services to transfer 

BAS data to requirements management of thermal conditions and monitoring of energy related 

system performance. 

The second part introduces the advantages of utilizing web services as the method to transfer data 

and  describes  the  data  transfer  procedure  into  the  energy  requirements  management  and 

monitoring of energy performance management metrics. 

The third part presents the involment of a third party by testing the developed data interface before 

the FM GUI is ready, a separate practical example was used with existing BEQ visualization tool 

prototype developed in an earlier EU project BuildingEQ. 

The fourth part concludes with the tasks accomplished in this deliverable and the importance of 

integrating BAS data with FM tools for energy efficiency management. 

The following partners contributed task 6.2 work in accordance with their knowledge and expertise: 

OG: OG contributed its large experience in the development of integrated energy analysis and 

facilities management software. For the task 6.2, by new development and prototype 

implementation  of  the  energy  requirements  management  system  and  the  energy 

performance management system metrics. 

BAM: BAM contributed its extensive experience in the operation of lifecycle optimized Public 

(4)

Table

 

of

 

contents

 

1. USE CASE SCENARIOS FOR ENERGY RELATED FACILITIES MANAGEMENT ... 5 

1.1 USE CASE 1 ... 6 

1.2 USE CASE 2 ... 6 

2. DEVELOPED WEB SERVICES FOR ENERGY RELATED MANAGEMENT ... 9 

2.1 WEB SERVICE FOR ROOMEX ... 9 

2.2 WEB SERVICE FOR RYHTI METRICS ...10 

3. PRACTICAL EXAMPLE: ITÄKESKUS SHOPPING CENTER ... 14 

4. CONCLUSIONS ... 16 

REFERENCES ... 17 

APPENDIX ... 18 

APPENDIX I:  ACRONYMS AND ABBREVIATIONS ...18 

(5)

1.

 

Use

 

Case

 

Scenarios

 

for

 

Energy

 

Related

 

Facilities

 

Management

 

In the scope of HESMOS task 6.2 web services are utilized to integrate sensor data collected by 

building automation systems (BAS) with the tools of the Facilities Management module on the 

HESMOS Integrated Virtual Energy Laboratory (IVEL). In order to cover applications for new and 

existing buildings that utilize BAS systems, two use case scenarios were developed that integrate 

sensor data with FM tools.  

 The first use case supports requirements management of energy related thermal conditions. The 

typical users include tenants, end‐users and facility managers.  

 The second case supports monitoring of energy related system performance. The typical users 

include building owners and facility managers. 

Figure 1 shows the two use cases described above for sensor data integration with the FM IVEL Web 

module.   

   

Figure 1: Description of data transfer of the two use case scenarios   

(6)

1.1

Use

 

Case

 

1

 

Use  case  1  supports  requirements  management  of  energy  related  thermal  conditions.  The 

information delivered will be related to spatial thermal conditions such as temperature and CO2 

content. The requirements management system ROOMEX already provides as‐required and as‐

analyzed thermal comparisons for the design phase as shown in Figure 2. In HESMOS, the new web  based application of the ROOMEX software for requirements management is developed to support 

the whole building life cycle. As a web application it offers an easy access for the FM disciplines. 

Measured sensor data for specific times will be provided for as‐required against as‐measured 

comparisons regarding spatial thermal conditions in a building. The provided web service interfaces 

support best higher level, web‐based BAS systems that are typical in new buildings. 

 

Figure 2: Comparison of as‐required and as‐simulated thermal conditions during design phase   

1.2

Use

 

Case

 

2

 

Use case 2 supports monitoring of energy related system performance. It focuses on existing buil‐

dings that typically utilize different lower level building automation systems. Measured sensor data 

obtained from BAS will be transferred into energy related performance management RYHTI Metrics. 

BAS data will be transformed into performance metrics by comparing actual measurements with 

(7)

values represent good performance of the building and can be derived from building standards and 

guidelines or according to the equipment manufacturer’s information.  

 

Figure 3: Methods of transforming automation data into performance metrics (Ihasalo, 2012)   

The purpose of energy performance metric is to obtain actual measured data to improve energy 

performance of the heating, ventilation and air conditioning system (HVAC). This aims to reduce 

energy consumption and improve indoor environmental conditions by continuously tracking and 

monitoring issues related to HVAC equipment. Contrary to the practice of tracking energy use 

measures, energy performance metrics concentrate on the factors that affect energy use in facilities. 

Usually, energy savers in buildings are gained by correction of operational and control deficiencies 

related to HVAC systems such as adjusting setpoints and changing time schedules or parameter 

settings (Mills, 2004). The measured factors are air handling units (AHU), time schedule efficiency 

and heat recovery efficiency. The energy performance metric is calculated as an average of these two 

sub‐measures. By measuring these factors users will have more comprehensive detailed information 

than common energy use displays. The  reason for choosing a different approach for energy 

performance is to use the information available in building automation systems. Commonly, energy 

meters are not always connected to building automation systems.  

AHU time schedule efficiency 

The importance of AHU time schedule efficiency sub‐measure is to control that air handling units are 

operated only when needed. Many times air handling units are changed to meet special needs in the 

building and if the schedules are forgotten in this setting and never changed back to original settings 

then problems may occur.   

To prevent such situations the sub‐measure compares the actual AHU time schedule to a so‐called 

optimal time schedule. Optimal time schedule for each AHU is determined together with the users 

and operators of the building. The AHU time schedule efficiency sub‐measure has two target values, 

starting time and ending time. The sub‐measure is calculated by counting the time during which the 

actual time schedule exceeds the optimal time schedule and dividing this by the total measurement 

time.    

(8)

Heat Recovery Efficiency 

Heat recovery efficiency has a significant impact on the energy use of buildings in cold climates. The 

purpose here is to track that the heat recovery efficiency unit achieves the thermal efficiency 

according to the equipment manufactures specification. Thermal inefficiencies are commonly due to 

manufacturing failures, poor installation and use during operation. Heat recovery efficiency will be 

calculated according to the efficiency ratio used in the calculations for supply‐air temperature which 

is defined in the European Standard EN 308 (CEN 1997) as:  ߟ ൌ௧మమି௧మభ

௧భభି௧మభ        (2.1) 

where: 

t21 = supply air inlet 

t22 = supply air outlet 

t11 = exhaust air inlet. 

The submeasure is calculated by dividing the actual heat recovery efficiency (2.1) by the target 

efficiency and multiplying by 100. 

(9)

2.

Developed

 

Web

 

Services

 

for

 

Energy

 

Related

 

Management

 

In HESMOS, web services are utilized as the method to transfer measured sensor data collected from 

the  BAS  systems  into  energy‐related  requirements  management  and  energy‐related  system 

performance management. This method enables more flexible integration of BAS data with energy 

related management systems. The purpose of using web services is that it allows working with 

services independent of  the platforms and programming languages in which they are written (Bai et 

al., 2011). The key component of web services is the internet protocol XML providing a universal 

format for structured documents and data on the web. It represents content in a textual format that 

is platform and language neutral. XML can separate the user interfaces from structured data making 

possible to integrate the data which comes from different sources (Tom, 2004). However, many 

buildings use different levels of BAS systems. In many cases the information is not transferred in XML 

format but it can be delivered in other formats such as xls, csv or txt. For that reason an XML 

converter will be developed in HESMOS to translate the information into an XML‐file format. An 

example of that file format is shown in Figure 4.               

Figure 4: XML‐File with temperature data 

The measured data is placed in the section named <CONDITIONFILE>. The basic idea is to send data 

values for selected data points (<LogPoint>) in a time tag section named <LogResult>. The time 

tag is defined with special fields for each time concept (year/month/day/hour/minute/second). The 

type‐attribute contains information about the type of data and the unit for the data. In addition to 

temperature measurements other XML sections contain information about room humidity, CO2 

levels and concrete core temperatures.   

2.1

Web

 

Service

 

for

 

ROOMEX

 

In this use case scenario, a user will log in to the IVEL Connector providing a username and password. 

The IVEL connector is the portal application where web services can be chosen and connected to each 

other. The Intelligent Access Services (IAS) of the IVEL get the information from the IVEL connector and 

the user can access other applications such as the building automation systems. Sensor data can be 

accessed through the IAS by a specified filter, for instance, room temperature for a specific period of 

time can be selected via the interface. The basic connections are shown in Figure 5. 

<?xml version="1.0" encoding="UTF‐8"?>  <!DOCTYPE RMTransfer SYSTEM "RMTransfer.dtd">  <CONDITIONFILE HostID="localhost" OverwriteSenderHostID="no">         <LogPoint LogPointID="GW1.A03_G4_412TE16_K02_005_M">         <LogResult year="2009" month="8" day="1" hour="0" minute="0" second="0"         type="TEMPERATURE_C">22,70</LogResult>         <LogResult year="2009" month="8" day="1" hour="1" minute="0" second="0"         type="TEMPERATURE_C">22,80</LogResult>         </LogPoint>  </CONDITIONFILE> 

(10)

The user can request data of actual measured values and times from ROOMEX through web services, 

whereby both ROOMEX and RYHTI assume the use of BIM/IFC in the current version IFC2x3 as basis 

(cf. ISO/PAS 16739).   For that purpose a list of IfcSpace “names” or GUIDs and Attribute Keys 

(temperatures, humidity, CO2 levels, etc) of the measurements values that are requested for specific 

starting and ending time (StartDateTime and EndDateTime) has to be provided. The web service 

response will deliver the measured values of the IfcSpace “names” or GUIDs and Attribute Keys 

within the time interval requested. The requested values will not be stored in the ROOMEX database. 

In addition to actual measured data, average, minimum and maximum values can be requested 

through the IAS to make comparisons with designed values stored in the ROOMEX database. The 

specific list of requirements is shown in Appendix II. 

 

Figure 5: Description of data transfer between BAS and ROOMEX   

2.2

Web

 

Service

 

for

 

RYHTI

 

Metrics

 

Figure 6 shows a common data transfer procedure for measured sensor data of a BAS system into 

monitoring of the energy related system performance management. The procedure starts by 

obtaining measurements of different parameters such as temperature, humidity, CO2 levels etc. from 

technical systems in various location points in a building. Afterwards, the sensor data is stored into 

the BAS server and later transferred for validation. In many cases, data is exported with file 

extensions such as xls, csv or txt. After the data is processed and validated it is stored in a central 

database. The results are later reproduced by the performance management system for monitoring 

and reporting purposes.   

(11)

 

Figure 6: Common data transfer procedure 

To warrant this functionality, an XML‐converter has been developed to convert the measured data 

exported in file formats other than XML. In addition, three different BAS data transfer mechanism 

have been developed utilizing web services. They take into account the wide range variations in BAS 

systems. Figure 7 illustrates the first concept specification and the different components of the data 

transfer mechanism.   

 

(12)

The procedure starts with configuring the BAS systems with regard to the schedule for saving sensor 

measured data to defined folders in the BAS server. In this case, Method 1, the BAS server is directly 

connected to the BAS systems. However, this is not the most typical case. The XML‐Converter runs a 

scheduled service and reads many file formats, later it converts and transfers the information in XML 

format into the webservice input folder. An example of the “Data Transfer XML” is presented and 

described in Figure 4. The data collector client requests the measured information stored according 

to the defined schedule through the web service. The Data Collector web service receives the 

request from the data collector client program, reads the information in XML format and sends the 

information back to the Data Collector Client. Data Collector Client saves the information (raw data) 

to the database in the IVEL FM Server.  

Method 2 (Figure 8) is developed for cases that the BAS system works with its own computer. 

Therefore, it is necessary to use an external server that can allow, for instance, the installation of the 

XML converter. The procedure is almost identical to the one described in the first method on how 

the data is requested and answered. 

Method 3 (Figure 9) is designed for BAS systems that are outdated and are not configured to transfer 

information through a web service. The data collector client requests the information as usual, but in 

this case the BAS system is directly connected through the internet with the data collector client. 

 

(13)

 

Figure 9: Method 3 for BAS data transfer concept specification    

(14)

3.

Practical

 

Example:

 

Itäkeskus

 

Shopping

 

Center

 

The task 6.2 was developing data interfaces for the FM IVEL, whereas the FM GUI development will 

happen later in the task 6.4. To be able to test the developed data interfaces before the FM GUI is 

ready, a separate practical example was used with an existing BEQ visualization tool prototype 

developed in an earlier EU project BuildingEQ (Building EQ, 2010). 

BuildingEQ was a project in the Intelligent Energy Europe Programme of the European Commission 

(2007‐2010). Its goal was to strengthen the implementation of EPBD (Energy Performance of 

Buildings Directive) by linking the certification process with commissioning and optimization of 

building performance. The project developed methodologies and tools that could be used for 

commissioning and optimization along with comprehensive type of reporting that facilitate how to 

analyze and interpret information concerning the performance of the building. 

The Itäkeskus shopping center is the largest in Nordic countries with a total area of 120, 300 m2. The 

project was constructed in 1984, but it has been through major additions to the area of the complex 

in 1992 and 2001. From 2002 the shopping center has invested periodically in the use of technology 

and monitoring tools with successful results improving the overall performance of the building. With 

updating and renovation of building management systems (BMS) major improvements have been 

measured in many parameters, essentially in energy efficiency and indoor conditions. Figure 10 

shows a layout of the 800 locations points that measure actual conditions in the shopping center. 

The gap has been the large amount of measured information that has been sent manually. 

 

Figure 10: Layout example of sensor locations points in the Itäkeskus Shopping Center 

In task 6.2 the developed web services were installed to automate BAS data transfer and the testing 

was done by using the BEQ visualization tool as a preliminary GUI. BAS data is transformed in csv 

(15)

figure 11. It contains information about the sensor location ID, date, time and temperature. As 

shown in this figure, sensor measurements can contain missing or faulty data. That data needs to be 

filtered out and processed in order to give accurate measurements for later reporting and analysis.  

 

Figure 11: Example of temperature data from BAS in csv format 

An example of the testing of the developed web services by using the BEQ vitalization tool is shown 

in Figure 12. While Itäkeskus was used for early testing of the developed data interfaces, it also made 

possible to involve third party participation to HESMOS for enhanced exploitation purposes. 

 

(16)

4.

Conclusions

 

In this deliverable report we presented the developed web services and data interface clients for 

energy related facilities management. We described the advantages of utilizing web services as the 

method to integrate data from different sources and present two different use case scenarios, where 

building automation system data will be integrated into the energy related requirements manage‐

ment and the energy related system performance management. It is important to consider that the 

report is complementary to the software development, which is the actual deliverable of task 6.2.  

The development of the two use case scenerios was based on the different usage areas as well as 

different user groups. Also, they together support both modern/new buildings with web‐based BAS 

systems and existing buildings with typically lower levels of BAS systems.  

This development is very important considering that the current use of BAS systems in not fully 

exploited to the maximum potential, because the raw data is not integrated or reported in efficient 

way. Having the integration of BAS and FM tools of the IVEL we will enable the use of information for 

energy efficiency management.  

In addition, the testing of the data transfer procedure in the Itäkeskus Shopping Center created early 

proof of concept as well as important third party involvement already during the progress of the 

(17)

References

 

Bai, J., Hao, Y., & Miao, G. (2011). Integrating Building Automation Systems based on Web Services. 

Journal of Software6(11). doi:10.4304/jsw.6.11.2209‐2216 

Building EQ ‐ intelligize your energy management: homepage:: (2010). Retrieved May 21, 2012, from 

http://www.buildingeq‐online.net/ 

CEN. (1997).  EN 308:1997. Heat exchangers. Test procedures for establishing performance of air to 

air and flue gases heat recovery devices. European Committee for Standardization, Brussels. 

Ihasalo, H. (2012). Transforming building automation data into building performance metrics – 

design, implementation and evaluation of use of a performance monitoring and management 

system. Unpublished Doctoral Dissertation. Aalto University, Espoo, Finland. 

ISO/PAS  16739 (2005):  Industry Foundation Classes,  Release 2x,  Platform  Specification  (IFC2x 

Platform). © International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland. 

Mills E. (2004): Inter‐comparison of North American residential energy analysis tools. Energy and 

Buildings 36(9), pp. 865‐880, http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2003.11.005. 

Tom, S. (2004). Web Services & BACnet. BACnet Today | A Supplement to the ASHRAE Journal.   

(18)

Appendix

 

Appendix

 

I:

  

Acronyms

 

and

 

abbreviations

 

AHU  Air Handling Unit 

BAS  Building Automation System  BIM  Building Information Modelling  BMS  Building Management System 

eeBIM  Energy Enhanced Building Information Modelling 

GUID   Global Unique Identifier 

IAS  Intelligent Access Services  IFC  Industry Foundation Classes 

IVEL  Integrated Virtual Energy Laboratory  XML  eXtensible Markup Language 

 

(19)

 

Appendix

 

II:

  

Requirements

 

for

 

BAS

 

Web

 

Service

 

Interface

 

To specify the objects for the request:  ‐ List of spaces 

‐ Space GUID or Space name for each listed space  To specify time period: 

‐ Date and time for the start  ‐ Data and time for the end  To specify the kind of monitored data: 

Choose from temperature, humidity, CO2 levels and concrete core temperatures. 

For each data type, choose: 

‐ Hourly:   List of hourly average values of sensor in the space 

‐ Maximum:  Maximum value through the requested time period during occupancy hours  ‐ Minimum:  Minimum value through the requested time period during occupancy hours.   

References

Related documents

The notion of transformational leadership, especially with its emphasis on charisma, inspiration, individual consideration, and intellectual stimulation, has frequently been

Although the other internal marketing variables (training, management support, and involvement in external communication) do not have a direct influence on internal

While MS Access has deficiencies when compared with FileMaker Pro, MS Access does have it uses. As stated by one of our database engineers, Access works well as a &#34;swiss

framework, associated policies, and periodic audits and reviews. As part of the Digital Academy speaker series to raise information technology awareness within the City,

purposes, social language and the content of interactions, the communicative approach, the patterns of discourse, and the teacher interventions – helped to characterize the

[r]

 Two Class I railroads, Union Pacific (UP) and BNSF, operate intermodal facilities at the Port of Houston, the nation’s second busiest seaport.. Barbours Cut, one of the port’s

• The Altered Locrian mode is a harmonic minor scale started from the second degree • The Altered Ionian mode is a harmonic minor scale started from the third degree • The