智能电力管理 实现安全、节能、健康与舒适
智能绿建筑意涵,系以建筑为载体,导入绿建筑设计与智能高科技技术、材料及产品之应用,进而在维护环境永续发展、改善人民生活等前提下,提供安全健康、便利舒适及节能环保人性化的生活环境。
内部政建筑研究所维运的「智能绿建筑信息网」,其实已将台湾推动智能绿建筑方案的愿景与目标,阐述得相清楚。智能绿建筑方案之发展愿景,乃是奠定于既有绿建筑基础上,导入资通讯应用科技,以落实台湾建立低碳岛之政策目标;其具体之发展目标则是运用资通讯高科技软实力的成就与节能减碳之绿建筑结合,落实推展智能绿建筑产业,以满足安全健康、便利舒适与节能减碳之庶民生活需求,全面提昇生活环境品质,开创产业发展新利基。
究竟智能建筑如何做到节能减碳?其实早在几10年前,BEMS概念就已成形,惟当时诉求重点仅止于设备单体的自动化,与后来智能建筑或智能绿建筑所讲求的集中式管理概念,犹有不小落差;而BEMS系采用模拟矩阵监控模式,无法同时兼具控制设备运转的功能,以致难以发挥节能效果。
时至后期,随着个人电脑现身,以及包括数码控制技术(DDC)等资通讯科技演进,过往个别监控的格局开始出现转变,化零为整被中央管理机制纳管,此时管理者便可轻易透过电脑屏幕,清楚掌握设备运转现况,举凡各台设备耗用了少多电力,都一目了然;尔后随着原本独立的防灾及保全系统,也纷纷纳入整合管理,致使BEMS系统更趋强大。
进入智能化时代,BEMS持续进化,摇身变为建筑能源管理系统,可耗能的各项空调设备或机电设备,藉由网络连结于自动化控制装置,进而随时透过传感装置监控设备能源耗用情况,适时施以逻辑化运作方式及节能管制方法,借此达到节能成效。
低能耗风潮渐盛 使BEMS导入需求激增
而台湾自产能源比例微乎其微,高达98%以上能源需求皆仰赖海外进口,因此随着能源逐渐缺乏,导致「零能源大楼」(Zero Energy Building;ZEB)、「低能源大楼」(Low Energy Building;LEB)等风潮渐盛,遂使得BEMS或建筑能源管理系统导入需求节节攀高。
观察一般BEMS解决方案,通常都是以SCADA图控软件,列为数据采集与监控的枢纽,并且提供包括Active X、HTML报表、图形汇入、DDE、OPC、ODBC I/F或JAVA/TCL/VBscript等丰富的开放式整合元件,使系统整合商得以轻易开发子系统界面,协助最终用户打造自动化系统;与此同时,用户端的管理者,亦可善用基于网页浏览架构的人机界面(HMI)与SCADA图控软件,在线上执行监控与维护工作。
然而不可讳言,SCADA图控软件充其量只能算是BEMS解决方案的大脑,徒有大脑,亦需具备脏器与四肢,始可发挥完备机能,因此环顾BEMS架构,肯定少不了数据集中器、可联网式数码逻辑(DDC)控制器;而SCADA图控软件,将会居中汇集并储存来自于能源数据集中器、DDC控制器所上传的数据,接着进行后续分析,藉以产生最佳化的控制规则。
其中数据集中器强项在于收数据、传数据,因而必须拥有强大通讯能力,所以通常具备多组通讯埠,平时透过Modbus RTU通讯协定,从智能电表里头蒐集数据;可想而知,若一栋建筑物装设愈多智能电表,则相对来说,亦有必要部署为数可观的数据集中器。
至于DDC控制器,主要是藉由各式各样的I/O模块,据以串接热泵、锅炉、冰水主机、电力系统、空调系统、太阳能或风力等供电系统等不同设备,以便发挥监视与控制功能,其有能力就不同设备或系统施以连动控制,确保它们都能在业主缺省的节能目标轨道上运行,不致逾矩而徒增耗电量。
发展迄今,若干业者有感于不少场域所需控制的设备元件数量有限,自行布建建筑物能源管理系统相关软硬件设施,唯恐不符经济效益,犹如小孩穿大衣般不切实际,于是另辟蹊径朝向云端服务角度出发,祭出智能节能管理服务。
如此一来,广大的中小型用户,便无需为了满足用电管理、空调控制、温湿度监控、CO2监控等多项需求,因而被迫负担庞大资本支出,只需要比照租用线路带宽一般,按月支付租赁费用,便可享有监控、数据分析、数据归纳、数据统计、产出建议、通报、谘询等完整的BEMS服务内容;譬如中华电信的iEN(Intelligent Energy Network),便是颇具代表性的智能节能管理服务案例。
系统遭逢异状 旋即按缺省规则处置
植基于新一代建筑物能源管理系统的智能绿建筑,对于使用者而言,实有多重效益可期。首要效益在于节能减碳,用户可自行订定用电目标,再由BEMS视环境状态施以动态调整,比方说,当室外气温下降,空调主机便可亦步亦趋调高温度设定,又或者,当室内空无一人时,所有空调、照明系统,便会在BEMS指挥调度下,自动加以关闭;显而易见,智能绿建筑可协助住户达成缺省节能目标,连带削减用电成本,并且降低碳排放。
其次,借助智能绿建筑的智能电力管理机制,其实不仅能做到节能减碳,亦有助于确保安全。随着用电信息走向数码化,系统可以随时监测用电状况,也一并管理用电安全,当出现用电过载或异常状况,便会依据缺省规则按表操课,竭尽所能降低电线走火引发火灾的机率,并适时提出告警,好让用户知所因应。
另一方面,当系统透过环境监测,察觉室内温度异常走高、二气化碳急升,或传感到烟雾产生,或者侦测到室内一气化碳含量偏高,明确掌握瓦斯泄漏状况,不论遭遇上述任何状况,系统都会随即发出告警通知相关管理人员;假设遭逢火灾,BEMS也会旋即与火灾受信总机连动,协助将火场信息传送予消防单位,并透过手机简讯或电子邮件等途径,以最快速度通知业主或管理人员, 利于这些利害关系人能尽快了解最新状况。
除了节能、安全外,智能绿建筑对于提升居住人的健康、舒适,也可望产生诸多贡献。BEMS透过环境监测,当察觉室内二氧化碳浓度高于标准时,即会立刻开启外气管理系统,尽一切可能纾缓此类现象,一来可顾及室内人员的健康,亦避免不必要的能源消耗。
另一种情况是,当BEMS侦测到室外焓值小于室内焓值,便可根据负载大小,随即降低空调运转负载、甚至关闭空调机电源,转而以引进低焓值外气的方式,来达到室内所需之冷房效果,同时也一并有效调节室内的舒适度,发挥可观节能效益。值得一提的,在BEMS坐镇下,智能绿建筑有能力根据室内各区域需求的变动,动态调整空调供给量,借此维系各个区域的恒温状态,以避免温度忽高忽导致用户备感不舒适。
此外,BEMS当执行环境亮度与温度监测,发察炎炎夏季出现东晒或西晒状况,便会自动控制电动窗帘,将日晒区的窗帘加以关闭,并在同一时间启动室内照明,以降低外气及辐射热源;若是相反情况,意即严寒冬季出现东晒或西晒状况,系统也将依相反规律聪明处理,自动开启日晒区电动窗帘,且视亮度需求,于同时间开启室内照明。