大型建筑、工业与基础设施系统中的高耗能与高污染系统普遍存在。在碳计量与碳交易的背景下，碳排放的核查与核定对关键传感器的计量精度提出了极高要求；进入后疫情时代，人们对公共卫生安全和室内空气质量的营造需求今非昔比，环控系统中的海量传感器维护成本急剧增加，传感器的在线故障诊断与自动修复性能亟待提升。
为此，自2018年起，我校建筑能源研究所教师赵天怡、王鹏和博士生李吉腾、张伯言，联合韩国成均馆大学Sungmin Yoon教授团队，提出了一种基于指数加权移动和贝叶斯定理的传感器故障诊断和虚拟原位校准（Virtual in-situ calibration，VIC）方法，开展了系列研究。
团队对传感器在不同类型、不同工况和不同工作状态下的故障特征进行了系统分析，以保障VIC方法在单源故障和多源故障中可实现95.83%的整体检测率。在此基础上，团队通过采用基于高斯混合模型的数据预处理方法和基于运行原理的校准域划分方法，成功将传感器的校准精度提升至75%。结合方法在太阳能光电光热系统与变流量空调系统中的应用经验，团队进一步考虑了传感器成本、安装空间和运维效率等因素对VIC方法在不同应用场景中的适用性的影响。在此基础上，提出了物理模型驱动、数据驱动和自编码器驱动的VIC方法体系，相较于传统方法，该方法体系使设备能效提升了17%以上，并将控制回路过渡时间缩短了20.6%。
图1. 传感器虚拟原位校准方法的流程图与校准概率分布结果
图2. 各类传感器在不同故障下的校准效果
经过5年多的理论研究和应用验证，团队证明VIC方法体系具有良好的在线应用效果，尤其适用于对传感器精度要求较高的污染物排放监测、复杂能源系统智慧运维等场景。该研究得到了国家自然科学基金(52078096、51806029)、国家重点研发计划(2017YFC0704100、2017YFC0704200)和韩国国家研究基金(2022R1C1C1008541)的资助。该研究的实验工作依托于辽宁省发改委工程实验室“辽宁省绿色建筑与节能工程实验室”完成。
“双碳”目标、健康中国与新型电力系统等国家战略，为建筑环境与能源应用学科提供了跨学科发展的新机遇。结合物联网、大数据、人工智能等前沿技术，瞄准建筑、工业与基础设施领域的健康环境营造与低碳发展目标，近年来，建环学科取得了一系列高质量的科研成果，为助力东北振兴、可持续城市建设和新型工业化贡献大工智慧。
附：团队在VIC方法研究方面取得的代表性成果。
Peng Wang, Jiteng Li, Sungmin Yoon, Tianyi Zhao, and Yuebin Yu. "The Detection and Correction of Various Faulty Sensors in a Photovoltaic Thermal Heat Pump System." Applied Thermal Engineering 175 (2020): 115347.
Jiteng Li, Tianyi Zhao, Peng Wang, Sungmin Yoon, and Yuebin Yu. "Effects of Various Partitions on the Accuracy of Virtual In-situ Calibration in Building Energy Systems." Journal of Building Engineering 32 (2020): 101538.
Jiteng Li, Peng Wang, Tianyi Zhao, Sungmin Yoon, and Jiaqiang Wang. "The Effects of Multidimensional Data Clustering on the Accuracy of Virtual In-situ Calibration in the Photovoltaic/Thermal Heat Pump System." Journal of Building Engineering 45 (2022): 103500.
Tianyi Zhao, Jiteng Li, Peng Wang, Sungmin Yoon, and Jiaqiang Wang. "Improvement of Virtual In-situ Calibration in Air Handling Unit Using Data Preprocessing Based on Gaussian Mixture Model." Energy and Buildings 256 (2022): 111735.
Jiteng Li, Peng Wang, Jiqing Li, Xing Han, Tianyi Zhao, and Sungmin Yoon. "Improvement for Energy Efficiency and Control Characteristics in Variable Air Volume System Using In-situ Sensor Calibration Method Based on Autoencoder." Journal of Building Engineering 63 (2023): 105559.
Jiteng Li, Peng Wang, Xing Han, Tianyi Zhao, and Sungmin Yoon. "Strategies for Sensor Virtual In-situ Calibration in Building Energy System: Sensor Evaluation and Data-driven Based Methods." Energy and Buildings 294 (2023): 113274.
Boyan Zhang, Peng Wang, Guangyu Liu, Jiteng Li, and Tianyi Zhao. "Diagnosis of Single and Multiple-source Faults of Chiller Sensors Using EWEEMD-ICKNN by Time Sequence Denoising and Non-Gaussian Distribution Feature Extraction." Energy and Buildings 298(2023): 113572.
