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星期五, 7月 22日, 2016 (台北)
從需求面選擇技術
打造最適化綠建築架構-DIGITIMES企劃&&
節能是智慧建築系統的重要設計考量之一，目前技術面多已成熟，不過建築應用多有一定的客製化需求，在技術選擇前，可參考類似的成功案例，建造出適合的系統架構。邁入21世紀，智慧化居住空間已成未來趨勢，運用高科技與自動化設備，讓生活變得更舒適方便，不再只是電影中的虛幻情境，而是可以展現在日常生活中的真實場景，也因此，台灣近年來的房屋建案，不時可見智慧建築的訴求。積極管理& 方能落實節能效益一棟建築物究竟該具備哪些功能，才能符合智慧化的定義？基本的四大指標為安全監控、健康照護、便利舒適及永續節能，過往，智慧建築在發展上，以前三項指標為主，不過，在能源價格節節上漲，及全球暖化危機的雙重因素影響下，永續節能的重要性將日益升高，成為智慧建築未來的發展主力。能源管控是智慧住宅的設計重點之一，目前投入的廠商相當多，市場也常見相關管理平台。DIGITIMES攝傳統永續節能建築，偏重於再生能源(如：太陽能、風力、水力)的運用，最常見例子就是在建物外牆或屋頂上架設太陽能電池板，將陽光轉換成日常生活所需電力，然而落實節能減碳目標，不該只是採用再生能源，而要有更積極的作為才是，亦即從能源管理開始做起，了解日常生活中能源使用狀況，降低不必要的能源支出，最後才是搭配再生能源的使用。目前建築物節能的方法相當多，包括選擇採光通風俱佳的地點、採用不易聚熱建材、良好室內空間設計、高能源效率家電(如：變頻冷氣、LED燈泡)等。無論上述哪一種方式，最終都得朝能源管理(Building Energy Management System；BEMS)的方向發展，BEMS整合建築自動化系統、保全系統、資訊系統、及能源監視系統，再搭配環境感測器與人工智慧技術，達到設備耗能的最有效系統化控制，及能源的最佳化調配管理，一來可避免發生無效耗能的情況，二來則是讓現有能源與再生能源互相調配運用。BEMS終極目標是讓能源可以自給自足，未來，每一棟建築都將設置風力或太陽能發電機，建構出專屬的智慧型電網，也就是一套獨立的電力供應系統，不需仰仗電力公司的能源，在行有餘力之際，還可將多餘電力轉賣回電力公司。而人工智慧則是這套系統的關鍵技術，人工智慧系統負責分析環境感測器所搜集到的能源使用資料，從中模擬出居住者生活型態及未來的耗能需求，再搭配氣象預報估計出能源供給量，當能源供給量低於需求量時，由系統自動控制能源使用狀況，反之則可將多餘電力賣給台電公司。自動化設備 &能源管理最佳幫手自動化系統是BEMS架構中的基本配備，其中DDC-HVAC為控制器主流，傳統DDC控制器多走封閉式網路架構，必需花費大量時間整合系統，隨著工業乙太網路成熟發展，在許多控制器上都能看到工業乙太網路蹤影，控制器導入工業乙太網路功能已相當成熟，由於乙太網路具備開放、單價較低、連網速度快及節點佈建容易等優勢，故成為DDC控制器的通訊新寵兒。目前市面上的建築自動化系統，除了支援傳統通訊標準Modbus、BACnet外，也都已納入乙太網路標準，方便讓管理者透過網路遠端監控設備運作狀況，及登錄圖控軟體(或人機介面)，檢閱各類能源統計報表，包括能耗使用狀況、耗能分析、及二氧化碳排放量等，從中規劃節能省電的方法，例如：將尖峰時間非必要的耗電設備挪至離峰或半尖峰時間再啟動。除了工業乙太網路外，新一代DDC控制器的另一個特色是已先預設簡單PID控制邏輯，並提供離線模擬及線上除錯功能，有效簡化BA系統導入工作。從大樓往內延伸至室內空間來看，住家或企業辦公室該如何做好能源管理？目前的作法主要是利用物聯網架構打造居家能源監控系統，現在建築領域所用的物聯網通訊標準，以ZigBee為主，經由ZigBee感測設備(如：數位電表、環境感知設備等)將訊號傳輸至嵌入式系統，也就是主機端，匯總呈現居家環境品質與能源使用狀況，甚至可進一步結合煙霧偵測器，發揮節能與安全防護的雙重效益，Zigbee之所以能成為建築領域的主流通訊標準，重點在於低功耗與多節點的拓樸特色，由於建築物內的感測點多，不可能一一佈線維持電力，因此感測器的電力來源必須為電池，而為避免頻繁更換電池的繁瑣維護工作，低耗電便成為感測網路通訊設計時的重點考量，Zigbee的低耗電與多節點特色，完全符合智慧建築所需，因此成為該領域的主流標準。不過即便DDC控制器與Zigbee已是智慧建築的主流標準，但並非唯一，建築與其他非消費性領域應用一樣，都有一定的客製化設計，客製化設計對技術與標準的需求並非效能，而是「最適性」，在「最適性」考量下，所有的技術都可被納入設計，因此智慧建築的技術選擇考量，是從最後的系統功能設計反推回去。從系統面反推的思維作法，與現在的消費性IT產品作法不同，這類作法需要仔細釐清本身特色，方能知道需求何在，不過目前建築的智慧節能設計仍處起步階段，IT與建築兩方產業的經驗都有限，系統自我評估並不容易，因此這類剛起步的應用，多是參考其他業者的成功案例，再微調其模式套用至自己身上。不過在營利思考下，一般企業通常不願意分享其成功案例，因此為帶動產業，多由政府機關領頭，在公營或有官股之處，以政府之力先行打造成功案例，一來可起示範作用，二來也可帶動需求，吸引業界廠商投入，在綠建築方面，台灣最知名的案例莫過於台北101大樓。101大樓 &成功示範綠建築標準台北101大樓在2011年獲得LEED認證，成為全球最高的綠建築，同時也是目前與美國五角大廈並列世界唯二的萬坪面積白金綠建築，101大樓的節能系統，主要是由西門子、美商EcoTech Internation，以及李肇勳國際室內設計公司共同合作。101大樓透過自動技術，將能源效益最佳化，在系統完成前後，其用電、用水及垃圾量差距高達10%，與一般建築相較，101大樓的能源效益高出30%，每年大約可節省70萬美元的能源成本，參與此案的西門子指出，建築物佔40%的全球能源耗用量及21%溫室氣體排放量，因此能源及成本的節約，具有永續性的潛力，綠建築的業主或經營者，不僅能大幅降低對環境的衝擊，更可在建築物的生命週期中有效地節約成本。101大樓的能源控管核心系統為西門子的「能源監測與控制系統(EMCS)」，此系統針對大樓內空調設備操作與控制相關規畫，將能源運用最佳化；此外並透過冰水系統的計算與操作程序的變動，更大幅提高冷卻系統的效率，至於空氣品質改善部份，101大樓在11個機械層中，設置了二氧化碳感測器空調箱，當二氧化碳濃度過高時，會自動吸入戶外新鮮空氣；此外在濕度方面，101大樓則在每個樓層都增設兩組濕度感測器，並調節空調冰水量以降低濕度，提高使用者舒適度，另外，台北101也全面進行垃圾減量分類，超過60%的資源回收，促成全大樓一週約僅產生4噸垃圾的成果，全面導入綠建築技術後，101大樓每年節省了1,400萬度電，約新台幣3,600萬元，無論是對於101大樓或是整個建築業而言，申請LEED認證都有重大意義，業界人士也多認為，101對市場的綠建築概念影響相當大，對台灣的相關產業而言，是非常成功的示範。
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