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聚焦BEMS深度節能管理
打造近淨零碳排建築
[作者 陳念舜]   2022年05月31日 星期二 瀏覽人次: [10699]

因應近年國內外淨零碳排路徑已成,雖然在台灣已有大批再生能源為大廠壟斷。惟應該首先強調的是:「淨零碳排並非只有能源一途!」中小企業除了可透過「大帶小」策略,為供應鏈注入Net Zero inside基因,還可望經由深度節能,減少從建造、生活到廢棄過程中產生的排碳,以及整合再生能源等策略,打造近(淨)零碳排建築。


面對氣候變遷的灰犀牛一再逼近,各國政府與國際大廠均積極推動綠能與減碳,包含課徵碳稅和抽單壓力轉嫁於上游供應鏈或下游代工廠商,造成嚴峻挑戰。以出口導向經濟為主的台灣,也在今(2022)年三月由國發會宣示「2050年淨零碳排路徑」,將分為兩階段里程碑:「2030年之前應該精進既有技術;到了2030年之後則將導入新技術,快速提升效率。」


未來台灣將在科研發展、氣候法制2大治理基礎上,透過能源、產業、生活、社會4大轉型策略,推動12項關鍵計畫,其中包括:提升建築外殼設計、建築及家電能效標準,打造近零碳排建築。進而要求2030年公有新建築、2040年50%更新既有建築均達成能效一級,或皆達到近零碳排標準;到了2050年100%新建築和85%建築,均應達到近零碳排目標。


旋即由經濟部指導工研院舉行「ITRI NET ZERO DAY打造淨零時代競爭力」論壇上,工研院強調將運用跨領域的創新研究和科技研發,建立雲端計算碳足跡工具,分別從碳管理平台、服務團、人才、技術等4大面向,提供產業一站購足的解決方案。



圖1 : 在台灣宣示「2050年淨零碳排路徑」之後,工研院旋即舉行「ITRI NET ZERO DAY打造淨零時代競爭力」論壇,強調將提供產業一站購足的解決方案。(source:工研院)
圖1 : 在台灣宣示「2050年淨零碳排路徑」之後,工研院旋即舉行「ITRI NET ZERO DAY打造淨零時代競爭力」論壇,強調將提供產業一站購足的解決方案。(source:工研院)

工研院環境技術總監蔡振球進一步指出,目前此由工研院建立的「永續碳管理服務平台」,係運用多年來輔導上百家企業經驗,共累積超過20種產業、上萬筆係數,形成堪稱全台灣最豐富的本土化產業碳足跡應用資料庫。


該平台並具備產品碳足跡盤查計算、跨產業資料庫及智慧減碳設計3大核心功能,得以導入「先減碳」、「後淨零」的創新技術,提供各產業雲端服務。可經過線上計算產品碳足跡,協助企業盤查碳排量,找出可用於重新設計產品的替代材料,加速企業行動力。最後讓台灣各行各業都能深植「Net Zero inside」基因,在產品開發前即搜尋最佳供應商,採用低碳,或經循環再生的材料,提高企業創新價值。


深度節能+再生能源 打造(淨)近零耗能建築

工研院綠能所副所長鄭名山則分析現今全球建築耗能與排碳占比,分別約為35%、38%,台灣則為15%、21%不等,主因即是除了建築本身耗能之外,還要加上於建造、廢棄等過程中排碳量。因此造就近10年來(淨)近零耗能建築國際趨勢(Net-Zero Energy Building;NZEB),「包含深度節能+再生能源,使得建築物全年用電量(能源使用密度,EUI)等於,或接近建築物隨附再生能源產電量,各國對此皆有不同推進時程及定義。」


鄭名山進一步指出,考量太陽光效率與建築容積率、建蔽率限制,地狹人稠的台灣能在屋頂安裝,或結合相鄰土地的再生能源設備所需空間畢竟不足。唯有搭配提升能源效率,降低建築用電,促使大部份住宅可以接近淨零用電。待未來隨著技術進步,就連空間更小的商辦大樓也有機會,透過導入複合空調逐步提升能效。目前工研院也唯有於沙崙綠能科學城,得以利用當地透天宅節能設計、太陽能光電系統等,達到EUI≦50%。


目前台灣已有ZEB關鍵技術,包含:建築設計,減少冷暖空調及人工照明需求;設備最佳化,提升設備效率,與實現系統操作最佳化;再生能源及儲能系統,期待透過創能抵減耗能,並結合儲能以彈性應用。並將設備與再生能源整合,因地制宜,考量成本與標準化,以便支援直流供電照明與空調;能源管理與智慧控制,透過系統整合調度、預測與控制,達到最佳化調控。


思納捷AIoT平台 協助新舊建築智慧化

現任2017年從資策會衍生而出的思納捷科技公司副總經理馮明惠也指出,其中透過建築結合物聯網(IoT)技術,提供節能與碳流管理的價值,係屬於「建築自動化(Building Automation;BA)」技術的延伸。基於建築內耗能主要來自於環境溫度變化,引導人員使用情境及運用設備的耗能,進而結合感測器,衡量環境狀況、設備耗能及使用者行為,透過數據分析技術,提供建築能源監測、分析、預測與最佳化調度等不同能源管理階段。


然而,除了新建築可望整套輸出外,一般情況下,唯有面對既有建築才是減碳最大的瓶頸!馮明惠認為:「除了都更、危老重建,可以轉為新建築的智慧建築標章案,舊有建築通常是大廠相對沒有興趣的領域。」


且有別於建築生命週期可能長達數十至百年,資通訊技術的生命週期通常只在1~3年內就更新換代,所以有許多建物於營建時期建置的資通訊系統,可能到了營運時期已被淘汰,或料件停產的窘境,促使後裝的建築IoT市場趁勢而起。


反觀IoT產品的後裝特性,則是採用高度彈性的通訊元件與協定,搭配低功耗、易於佈建的通訊技術,並由行動裝置App整合應用到隨時隨地都能存取操作的情境,降低了90%以上舊建築智慧化的門檻。


馮明惠強調,業界在追求近(淨)零碳排建築的路徑上,仍應架構在能源管理基礎上,同時管理既有耗能及再生能源設備。因此,透過思納捷人工智慧物聯網(AIoT)一站式能源管理平台的優勢,除了採取模組型式架構而成,具有高度彈性;亦可整合既有建築、跨系統、品牌設備統一監控與優化調整。


藉其智慧監控、預測與調度的功能,可在戰情室即時監測環境並搭配高效率空調/照明等節能設備,以協助管理者執行最佳決策。同時利用數據蒐集與分析建模及告警預測,提供「雲端AI總管」服務優化的基礎,從而盡力協助工廠、校園等樓宇建立電、水、油、氣等智慧化管理制度,整合再生能源和儲能設備後,進一步引導節能減碳。


思納捷現也透過設備聯網+能源管理,切入各智慧應用領域。所提供成本效益較高的智慧建築/樓宇物聯網應用平台一站式服務,包括串接感測器等硬體設備,以及完整物聯裝置管理功能如下:


‧ 透過提供多種隨選即用模組式解決方案,可快速套用於各應用場域,以可視化管理平台方便用戶提升能源管理效率與創造效益。


‧ 擁有高度整合與自主技術,從底層軟硬體至上層應用開發與數據分析,提供一站式服務


並將一套專攻智慧建築能源管理(硬體主機+能管軟體)的主機產品化,於五月正式出貨供給合作夥伴(SI),結合多建築生態系的廠商,快速建立互補雙贏合作模式。不僅在思納捷自有的案場,也提供同業使用該公司產品化的能管主機,保證取得智慧建築的能源分數外,大幅降低合作廠商建置智慧建築自動化系統的門檻。


施耐德布局能源管理 兼顧使用者習慣及舒適

法商施耐德電機樓宇事業部總經理郭念慈則表示,現今台灣推動淨零碳排建築的成敗關鍵,主要取決於兩大因素:1.能源監控是否足夠精細,可以了解建築最末端迴路的使用狀況,達到最細緻的調整;2.須符合淨零排碳、綠建築認證,並與國際節能減碳組織接軌。


施耐德為此提供建築能源管理系統(BEMS)所需完整的佈局策略,包括:「樓宇管理系統(Ecostruxure Building)」,從高階軟體/系統層的電錶,到最基層末端的燈光迴路、冷暖空調等基礎設施的架構下,都能量測到建築關鍵用電資訊,清楚了解每一處最末端的用電迴路,從而得知該如何著手優化能源使用效率。「能源管理系統(Ecostruxure Power)」則因應於一般建築內耗電最高的就是冷暖空調、其次為照明系統,進而透過EcoStruxure Building Operation同時具有的軟體層、控制層及硬體層,以完整控制冰水閥件、氣流裝置等。





















架構



樓宇管理系統EcoStruxure? Building



能源管理系統EcoStruxure? Power



產品



EcoStruxure? Building Operation


(簡稱EBO)



Power Monitoring Expert


(簡稱PME)



產品簡介



為開放及可擴展的樓宇管理解決方案,提供單一的控制中心,以監控、管理及優化傳統上各個獨立的系統,最大優勢在於其開放性,可兼容第三方系統或設備,以便讓客戶的數據作出雙向整合及交換,同時不受專有密碼或代碼鎖定。



為電力監測軟體,運用直覺化使用者介面及分析工具,提供清楚有意義的電力系統資訊,幫助用戶迅速分析、解決問題及做決策。其優勢包含能快速定位擾動發生位置、捕捉高速暫態擾動使干擾無所遁形,以及通過ISO50001認證。



表1(source:施耐德)

目前由兩者組成的電力系統解決方案皆已通過德國萊因TUV取得ISO50001能源認證,可用來計算整體使用場域用電總量,並產生符合ISO50001能源管理系統標準規範的報表,將有利於企業申請國際標準認證,以證明節能減碳實績;且PME工具與分析模組完整,其運算的演算法及建模能力,也都通過ISO50002、ISO50006認證。


值得一提的是,「施耐德除了希望打造更永續、彈性、高效的智慧建築外,更了解如何打造以人為本、更健康的未來建築。」郭念慈表示,例如該公司「商用空間模組解決方案(Connected Room Solution;CRS)」,就強調除了高效實現節能減碳的效益之外,還要能夠兼具舒適度!所以不僅利用EcoStruxure Building Operatio控制廠房與辦公室的冷氣空調、電力、照明、安全及消防系統之外,產出相關數據分析;最重要的是還可透過系統追蹤計算,並利用雲端分析使用效率,提出相應的管理策略。


例如公司將夏季廠房內溫度固定為26℃,再經過系統追蹤與計算,就可以在員工上班前,從原本沒開冷氣時的高溫,漸進降溫到員工一上班就能享有舒適的工作環境。這樣的空調策略相較於過往,從高溫直接降到26℃的使用狀況更自動減少能耗,大幅省下能源成本;進而可透過雲端分析,快速找出因狀態變差而升溫的設備,優化成本效率。


CRS還可為商業環境帶來更多的節能效益,即除了透過Insight-Sensor多功能感測器,提供人流計數及疏密程度之外;還能感知室內噪音、紅外線及溫溼度值,再藉由有線/無線方式整合智慧燈控、窗簾控制、室內溫濕度及感測器狀態;甚至可透過Occupant App強化使用者的體驗,將數據向上整合進入EcoStruxure Building Operation,在上層系統間分享資訊。


對於中小型企業而言,CRS除了適用於新創公司現代化、開放的工作環境外,在後疫情時代中,也協助許多因應彈性工作模式而生的共享辦公室,帶來更有效且創新的能源管理方式。例如:自動偵測時常改變的空間配置,即時調整室內設備的細緻管理;使用者也可透過APP優化情境,減少觸摸室內實體按鍵的機會,以避免染疫。該方案現已獲得LEED與WELL兩大認證,使企業在維持用戶舒適度的前提之下,兼顧節能減碳成效。



圖2 : EBO圖控範例(source:施耐德電機)
圖2 : EBO圖控範例(source:施耐德電機)

結語

回顧近20年來建築節能減碳的國際趨勢變化,台灣從90年代~2010年勵行的永續綠建築標章,便涵括生態、節能、減廢、健康等項目,提升單體設備能效;2010~2020年(近)淨零耗能建築,即是利用建築內部系統整合,追求節能+創能目標;2020~2050年進而透過建築外部系統整合,打造正能源區、藉著電網互動提高能效的節能減(零)排碳建築。


如今,建築部門為了達成減碳目標策略,首要之務即應提升能源使用效率,針對建材及設備,導入空調、感測及智慧控制等既有建築需求改善技術、模擬評估工具、系統整合管理控制等;並加入電氣化,以熱泵、電器取代傳統化石燃料加熱設備(爐具、鍋爐)。


「減碳化」也不該僅侷限單一建築,而是整合區域能資源互通有無;以及採用低碳建材和工法,減少營建碳排;與電網互動並適當調度,以因應再生能源分散式電力特性,達到區域平衡(Positive Energy Zone;PEZ),確保產生的能源大於消耗。


*刊頭圖(source::zeroenergyproject.org)


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