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聚焦BEMS深度节能管理
打造近净零碳排建筑

【作者: 陳念舜】2022年05月31日 星期二

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因应近年国内外净零碳排路径已成,虽然在台湾已有大批再生能源为大厂垅断。惟应该首先强调的是:「净零碳排并非只有能源一途!」中小企业除了可透过「大带小」策略,为供应链注入Net Zero inside基因,还可??经由深度节能,减少从建造、生活到废弃过程中产生的排碳,以及整合再生能源等策略,打造近(净)零碳排建筑。


面对气候变迁的灰犀牛一再逼近,各国政府与国际大厂均积极推动绿能与减碳,包含课徵碳税和抽单压力转嫁於上游供应链或下游代工厂商,造成严峻挑战。以出囗导向经济为主的台湾,也在今(2022)年三月由国发会宣示「2050年净零碳排路径」,将分为两阶段里程碑:「2030年之前应该精进既有技术;到了2030年之後则将导入新技术,快速提升效率。」


未来台湾将在科研发展、气候法制2大治理基础上,透过能源、产业、生活、社会4大转型策略,推动12项关键计画,其中包括:提升建筑外壳设计、建筑及家电能效标准,打造近零碳排建筑。进而要求2030年公有新建筑、2040年50%更新既有建筑均达成能效一级,或皆达到近零碳排标准;到了2050年100%新建筑和85%建筑,均应达到近零碳排目标。


旋即由经济部指导工研院举行「ITRI NET ZERO DAY打造净零时代竞争力」论坛上,工研院强调将运用跨领域的创新研究和科技研发,建立云端计算碳足迹工具,分别从碳管理平台、服务团、人才、技术等4大面向,提供产业一站购足的解决方案。



图1 : 在台湾宣示「2050年净零碳排路径」之後,工研院旋即举行「ITRI NET ZERO DAY打造净零时代竞争力」论坛,强调将提供产业一站购足的解决方案。(source:工研院)
图1 : 在台湾宣示「2050年净零碳排路径」之後,工研院旋即举行「ITRI NET ZERO DAY打造净零时代竞争力」论坛,强调将提供产业一站购足的解决方案。(source:工研院)

工研院环境技术总监蔡振球进一步指出,目前此由工研院建立的「永续碳管理服务平台」,系运用多年来辅导上百家企业经验,共累积超过20种产业、上万笔系数,形成堪称全台湾最丰富的本土化产业碳足迹应用资料库。


该平台并具备产品碳足迹盘查计算、跨产业资料库及智慧减碳设计3大核心功能,得以导入「先减碳」、「後净零」的创新技术,提供各产业云端服务。可经过线上计算产品碳足迹,协助企业盘查碳排量,找出可用於重新设计产品的替代材料,加速企业行动力。最後让台湾各行各业都能深植「Net Zero inside」基因,在产品开发前即搜寻最隹供应商,采用低碳,或经循环再生的材料,提高企业创新价值。


深度节能+再生能源 打造(净)近零耗能建筑

工研院绿能所??所长郑名山则分析现今全球建筑耗能与排碳占比,分别约为35%、38%,台湾则为15%、21%不等,主因即是除了建筑本身耗能之外,还要加上於建造、废弃等过程中排碳量。因此造就近10年来(净)近零耗能建筑国际趋势(Net-Zero Energy Building;NZEB),「包含深度节能+再生能源,使得建筑物全年用电量(能源使用密度,EUI)等於,或接近建筑物随附再生能源产电量,各国对此皆有不同推进时程及定义。」


郑名山进一步指出,考量太阳光效率与建筑容积率、建蔽率限制,地狭人稠的台湾能在屋顶安装,或结合相邻土地的再生能源设备所需空间毕竟不足。唯有搭配提升能源效率,降低建筑用电,促使大部份住宅可以接近净零用电。待未来随着技术进步,就连空间更小的商办大楼也有机会,透过导入复合空调逐步提升能效。目前工研院也唯有於沙仑绿能科学城,得以利用当地透天宅节能设计、太阳能光电系统等,达到EUI≤50%。


目前台湾已有ZEB关键技术,包含:建筑设计,减少冷暖空调及人工照明需求;设备最隹化,提升设备效率,与实现系统操作最隹化;再生能源及储能系统,期待透过创能抵减耗能,并结合储能以弹性应用。并将设备与再生能源整合,因地制宜,考量成本与标准化,以便支援直流供电照明与空调;能源管理与智慧控制,透过系统整合调度、预测与控制,达到最隹化调控。


思纳捷AIoT平台 协助新旧建筑智慧化

现任2017年从资策会衍生而出的思纳捷科技公司??总经理冯明惠也指出,其中透过建筑结合物联网(IoT)技术,提供节能与碳流管理的价值,系属於「建筑自动化(Building Automation;BA)」技术的延伸。基於建筑内耗能主要来自於环境温度变化,引导人员使用情境及运用设备的耗能,进而结合感测器,衡量环境状况、设备耗能及使用者行为,透过数据分析技术,提供建筑能源监测、分析、预测与最隹化调度等不同能源管理阶段。


然而,除了新建筑可??整套输出外,一般情况下,唯有面对既有建筑才是减碳最大的瓶颈!冯明惠认为:「除了都更、危老重建,可以转为新建筑的智慧建筑标章案,旧有建筑通常是大厂相对没有兴趣的领域。」


且有别於建筑生命周期可能长达数十至百年,资通讯技术的生命周期通常只在1~3年内就更新换代,所以有许多建物於营建时期建置的资通讯系统,可能到了营运时期已被淘汰,或料件停产的窘境,促使後装的建筑IoT市场趁势而起。


反观IoT产品的後装特性,则是采用高度弹性的通讯元件与协定,搭配低功耗、易於布建的通讯技术,并由行动装置App整合应用到随时随地都能存取操作的情境,降低了90%以上旧建筑智慧化的门槛。


冯明惠强调,业界在追求近(净)零碳排建筑的路径上,仍应架构在能源管理基础上,同时管理既有耗能及再生能源设备。因此,透过思纳捷人工智慧物联网(AIoT)一站式能源管理平台的优势,除了采取模组型式架构而成,具有高度弹性;亦可整合既有建筑、跨系统、品牌设备统一监控与优化调整。


藉其智慧监控、预测与调度的功能,可在战情室即时监测环境并搭配高效率空调/照明等节能设备,以协助管理者执行最隹决策。同时利用数据搜集与分析建模及告警预测,提供「云端AI总管」服务优化的基础,从而尽力协助工厂、校园等楼宇建立电、水、油、气等智慧化管理制度,整合再生能源和储能设备後,进一步引导节能减碳。


思纳捷现也透过设备联网+能源管理,切入各智慧应用领域。所提供成本效益较高的智慧建筑/楼宇物联网应用平台一站式服务,包括串接感测器等硬体设备,以及完整物联装置管理功能如下:


· 透过提供多种随选即用模组式解决方案,可快速套用於各应用场域,以可视化管理平台方便用户提升能源管理效率与创造效益。


· 拥有高度整合与自主技术,从底层软硬体至上层应用开发与数据分析,提供一站式服务


并将一套专攻智慧建筑能源管理(硬体主机+能管软体)的主机产品化,於五月正式出货供给合作夥伴(SI),结合多建筑生态系的厂商,快速建立互补双赢合作模式。不仅在思纳捷自有的案场,也提供同业使用该公司产品化的能管主机,保证取得智慧建筑的能源分数外,大幅降低合作厂商建置智慧建筑自动化系统的门槛。


施耐德布局能源管理 兼顾使用者习惯及舒适

法商施耐德电机楼宇事业部总经理郭念慈则表示,现今台湾推动净零碳排建筑的成败关键,主要取决於两大因素:1.能源监控是否足够精细,可以了解建筑最末端??路的使用状况,达到最细致的调整;2.须符合净零排碳、绿建筑认证,并与国际节能减碳组织接轨。


施耐德为此提供建筑能源管理系统(BEMS)所需完整的布局策略,包括:「楼宇管理系统(Ecostruxure Building)」,从高阶软体/系统层的电表,到最基层末端的灯光??路、冷暖空调等基础设施的架构下,都能量测到建筑关键用电资讯,清楚了解每一处最末端的用电??路,从而得知该如何着手优化能源使用效率。「能源管理系统(Ecostruxure Power)」则因应於一般建筑内耗电最高的就是冷暖空调、其次为照明系统,进而透过EcoStruxure Building Operation同时具有的软体层、控制层及硬体层,以完整控制冰水阀件、气流装置等。





















架构



楼宇管理系统EcoStruxure™ Building



能源管理系统EcoStruxure™ Power



产品



EcoStruxure™ Building Operation


(简称EBO)



Power Monitoring Expert


(简称PME)



产品简介



为开放及可扩展的楼宇管理解决方案,提供单一的控制中心,以监控、管理及优化传统上各个独立的系统,最大优势在於其开放性,可兼容第三方系统或设备,以便让客户的数据作出双向整合及交换,同时不受专有密码或代码锁定。



为电力监测软体,运用直觉化使用者介面及分析工具,提供清楚有意义的电力系统资讯,帮助用户迅速分析、解决问题及做决策。其优势包含能快速定位扰动发生位置、捕捉高速暂态扰动使干扰无所遁形,以及通过ISO50001认证。



表1(source:施耐德)

目前由两者组成的电力系统解决方案皆已通过德国莱因TUV取得ISO50001能源认证,可用来计算整体使用场域用电总量,并产生符合ISO50001能源管理系统标准规范的报表,将有利於企业申请国际标准认证,以证明节能减碳实绩;且PME工具与分析模组完整,其运算的演算法及建模能力,也都通过ISO50002、ISO50006认证。


值得一提的是,「施耐德除了希??打造更永续、弹性、高效的智慧建筑外,更了解如何打造以人为本、更健康的未来建筑。」郭念慈表示,例如该公司「商用空间模组解决方案(Connected Room Solution;CRS)」,就强调除了高效实现节能减碳的效益之外,还要能够兼具舒适度!所以不仅利用EcoStruxure Building Operatio控制厂房与办公室的冷气空调、电力、照明、安全及消防系统之外,产出相关数据分析;最重要的是还可透过系统追踪计算,并利用云端分析使用效率,提出相应的管理策略。


例如公司将夏季厂房内温度固定为26℃,再经过系统追踪与计算,就可以在员工上班前,从原本没开冷气时的高温,渐进降温到员工一上班就能享有舒适的工作环境。这样的空调策略相较於过往,从高温直接降到26℃的使用状况更自动减少能耗,大幅省下能源成本;进而可透过云端分析,快速找出因状态变差而升温的设备,优化成本效率。


CRS还可为商业环境带来更多的节能效益,即除了透过Insight-Sensor多功能感测器,提供人流计数及疏密程度之外;还能感知室内噪音、红外线及温湿度值,再藉由有线/无线方式整合智慧灯控、窗帘控制、室内温湿度及感测器状态;甚至可透过Occupant App强化使用者的体验,将数据向上整合进入EcoStruxure Building Operation,在上层系统间分享资讯。


对於中小型企业而言,CRS除了适用於新创公司现代化、开放的工作环境外,在後疫情时代中,也协助许多因应弹性工作模式而生的共享办公室,带来更有效且创新的能源管理方式。例如:自动侦测时常改变的空间配置,即时调整室内设备的细致管理;使用者也可透过APP优化情境,减少触摸室内实体按键的机会,以避免染疫。该方案现已获得LEED与WELL两大认证,使企业在维持用户舒适度的前提之下,兼顾节能减碳成效。



图2 : EBO图控范例(source:施耐德电机)
图2 : EBO图控范例(source:施耐德电机)

结语

回顾近20年来建筑节能减碳的国际趋势变化,台湾从90年代~2010年励行的永续绿建筑标章,便涵括生态、节能、减废、健康等项目,提升单体设备能效;2010~2020年(近)净零耗能建筑,即是利用建筑内部系统整合,追求节能+创能目标;2020~2050年进而透过建筑外部系统整合,打造正能源区、藉着电网互动提高能效的节能减(零)排碳建筑。


如今,建筑部门为了达成减碳目标策略,首要之务即应提升能源使用效率,针对建材及设备,导入空调、感测及智慧控制等既有建筑需求改善技术、模拟评估工具、系统整合管理控制等;并加入电气化,以热泵、电器取代传统化石燃料加热设备(炉具、锅炉)。


「减碳化」也不该仅局限单一建筑,而是整合区域能资源互通有无;以及采用低碳建材和工法,减少营建碳排;与电网互动并适当调度,以因应再生能源分散式电力特性,达到区域平衡(Positive Energy Zone;PEZ),确保产生的能源大於消耗。


*刊头图(source::zeroenergyproject.org)


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