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BEMS落实建筑节能愿景
聪明掌握能源数据
[作者 王明德]   2017年11月17日 星期五 浏览人次: [5222]

一楝建筑物究竟该具备哪些功能,才能符合智慧化的定义?基本的四大指标为安全监控、健康照护、便利舒适及永续节能,过往,智慧建筑在发展上,以前三项指标为主,不过,在能源价格节节上涨,及全球暖化危机的双重因素影响下,永续节能的重要性将日益升高,能源管理平台也成为智慧建筑未来的发展主力。


传统的永续节能建筑,偏重於再生能源(如:太阳能、风力、水力)的运用,最常见的例子就是在建物外墙或屋顶上架设太阳能电池板,将阳光转换成日常生活所需的电力,然而落实节能减碳目标,不该只是采用再生能源,而要有更积极的作为才是,亦即从能源管理开始做起,了解日常生活中能源使用状况,降低不必要的能源支出,最後才是搭配再生能源的使用。


积极管理 方能落实节能效益


图1 : BEMS整合建筑自动化系统资讯系统、及能源监视系统,达到设备耗能的最有效系统化控制。(Source: Terra Firma Ssoftware)
图1 : BEMS整合建筑自动化系统资讯系统、及能源监视系统,达到设备耗能的最有效系统化控制。(Source: Terra Firma Ssoftware)

建筑物节能的方法有很多种,包括选择采光通风俱隹的地点、采用不易聚热建材、良好室内空间设计、高能源效率家电(如:变频冷气、LED灯泡)等。


无论上述哪一种方式,最终都得朝能源管理系统(Building Energy Management System, BEMS)的方向发展,BEMS整合建筑自动化系统、保全系统、资讯系统及能源监视系统,再搭配环境感测器与人工智慧技术,达到设备耗能的最有效系统化控制,及能源的最隹化调配管理,一来可避免发生无效耗能的情况,二来则是让现有能源与再生能源互相调配运用。


BEMS终极目标就是让能源可以自给自足,未来,每一楝建筑(或家庭)都将设置风力或太阳能发电机,建构出专属的智慧型电网,也就是一套独立的电力供应系统,不需仰仗电力公司的能源,在行有馀力之际,还可将多馀电力转卖回电力公司。


而人工智慧则是这套系统的关键技术,人工智慧系统负责分析环境感测器所搜集到的能源使用资料,从中模拟出居住者生活型态及未来的耗能需求,再搭配气象预报估计出能源供给量,当能源供给量低於需求量时,由系统自动控制能源使用状况,反之则可将多馀电力卖给台电公司。


自动化设备 能源管理最隹帮手

自动化系统是BEMS架构中的基本配备,目前全球楼宇自动化系统的市场规模约215亿美元,其中55.1%为DDC-HVAC控制器,而节能议题恰好是DDC-HVAC控制器成长的驱动力。


就目前发展趋势来看,中央监控系统主要用来控制大楼内不同的机电设备,随着应用模式与控制器不同而分成三种架构:数位逻辑控制器(Direct Digital Control, DDC)、可程式逻辑控制器(Programmable Logic Controller, PLC)及远端控制器(Remote Terminal Unit, RTU)。


DDC适合以空调设备为主、控制多个房间温湿度的环境,PLC多应用於各种机电设备、且面积大的环境,RTU则适用在控制区域分散或有通讯稳定性考量的环境,其中,DDC与PLC虽然具有相互替代性,但研华工业自动化事业群协理萧锡堂表示,DDC的使用方便性远胜於PLC。


楼宇建筑的电力消耗主要来自空调与照明设备,其中又以空调耗电量为最多,而DDC主要目的就是控制空调设备,空调系统较工厂机器单纯,其控制方式变化不大且容易被归类,因此许多DDC皆内建一些控制程式,使用者只要设定资料即可,缩减施工导入的时间。


中央监控系统透过软体,将大楼内所有设备的电能消耗资料汇整後,进行统计、分析与判断,从而达到能源管控的目的,这些资料可以帮助使用者分析哪一种设备或哪一个部门的耗能量最高?如何让电力负载更平均?再从分析结果去规划改善方式,才能享受节能与省电的效益。


举例来说,尖、离或半尖峰时间的电力价差很大,如果将尖峰时间用电量挪移至离峰或半尖峰时间,例如:控制空调设备储冰系统只能在晚上运作,经过挪移设计来让电力平均负载,不仅节省电费,也可以降低契约容量数字。



图2 : 节能永续已是现在大楼的设计重点。(Source: Advanced Control)
图2 : 节能永续已是现在大楼的设计重点。(Source: Advanced Control)

目前,部份国家已开始透过政策来推动建筑节能管理,例如日本政府透过奖励措施及补助,鼓励旧建筑在既有自动化系统下,强化能源管理控制功能,但是面对新建筑,则强制要求符合节能规范,才准许发放执照。


因此,对於新旧建物比例约为3:97的台湾来说,萧锡堂认为需要政府的利多政策,才能加速发展节能控制,否则这些既有建物大概会等到翻修时机到了,才会思考要不要引进节能管理系统。


先进通讯技术 串连建筑每一角落

在网路通讯架构部分,传统DDC控制器多走封闭式网路架构,必需花费很多时间进行系统整合工作,随着工业乙太网路成熟发展,在许多控制器上都能看到Ethernet踪影,市场调查研究机构ARC Advisory Group的资料指出,附有乙太网路功能的控制器,乙太网路具备开放、单价较低、连网速度快及节点布建容易等优势,故能成为DDC控制器的通讯新宠儿。


呼应整体市场趋势,目前市场上的BEMS除了支援传统通讯标准Modbus、BACnet外,同时也会纳入Ethernet标准,方便让管理者透过网路远端监控设备运作状况,以及登录图控软体(或人机介面),检阅各类能源统计报表,包括能耗使用状况、耗能分析、二氧化碳排放量等,从中归划节能省电的方法,例如:将尖峰时间非必要的耗电设备挪至离峰或半尖峰时间再启动。


除了Ethernet外,新一代DDC控制器的另一个特色是已先预设简单PID控制逻辑,并提供离线模拟及线上除错功能,有效简化BA系统导入工作。


从大楼往下延伸至室内空间来看,住家或企业办公室该如何做好能源管理?业者指出,WSN无线感测网路是现在BEMS的主要架构,目前应用在WSN的无线技术以ZigBee为主,经由ZigBee感测设备(如:数位电表、环境感知设备等)将讯号传输至嵌入式系统,也就是主机端,汇总呈现居家环境品质与能源使用状况,甚至可进一步结合烟雾侦测器,发挥节能与安全防护的双重效益。


**刊头图片(Source: Asia Green Buildings)


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