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資通訊技術助陣 智慧綠建築方案益發精進

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為求減緩地球暖化速度,落實節能減碳目標,各國產官學界莫不致力推廣智慧綠建築。DIGITIMES攝
為求減緩地球暖化速度,落實節能減碳目標,各國產官學界莫不致力推廣智慧綠建築。DIGITIMES攝

DIGITIMES企劃

近幾年來,「智慧應用」蔚為時尚,其中尤以智慧城市議題最受矚目,然而不可諱言,萬丈高樓平地起,智慧城市願景之實現,勢必得從智慧社區、智慧建築等根本做起;因此如何推展智慧建築、甚至是智慧綠建築概念,實為重要課題。

持平而論,不管論及綠建築、智慧建築,都絕非初來乍到的新穎辭彙,甚至已被產業界探討多年。然而,觀察現今市場普及化程度,卻仍有亟待提升的空間,尤其單就智慧建築而論,發展成熟度更不如綠建築,此一落差,固然與政府推動相關認證標章的時間早晚有關(綠建築標章早於1999年9月開始實施),但主要仍源自於諸多主客觀條件所致。

所謂綠建築,評估要點含括「綠化量」、「基地保水」、「水資源」、「日常節能」、「二氧化碳減量」、「廢棄物減量」、「污水垃圾改善」、「生物多樣性」及「室內環境」等項目,大抵而言,主要是透過綠色建材來實現環保目標,此類建材耐用年限較長,即使臻至生命週期終止之際,亦可被回收與分解,絕不會對環境造成傷害。

至於智慧建築,箇中關鍵媒則非建材,而是包括網路設備、感測器、管理系統軟體等資通訊(ICT)元件,其目的在於營造安全、節能、健康、舒適及便利之居住空間。

基於出發點與目標之不同,因此在過去不算短的期間,綠建築、智慧建築其實可謂兩碼子事,通常是被分開討論,但近年來隨著諸多主客觀條件產生變化,以致原本兩種型態的建築訴求,開始漸行漸近甚至出現交集,終至合併成為「智慧綠建築」概念。

節能減碳需求漸盛  智慧綠建築蔚為寵兒

究竟,促使智慧綠建築觀念應運而生的驅動因素為何?首先在於眾人的主觀意識上,愈來愈認為「節能減碳」是非做不可的大事,單靠綠建築或智慧建築分頭並進,並不足以將此事做得更好,而必須倚靠智慧綠建築。

至於節能減碳重要性之所以節節攀升,乃在於近年來都市化現象愈趨顯著,也就是有愈來愈人口集中居住於都市,導致多數城市呈現路窄、樓高、人多、車多的場景,一到炎炎夏季,家家戶戶必開冷氣,產生大量空調廢熱,而馬路上充斥著汽機車汙染的大量排放,外加都市邊界層的摩擦效應減緩風速,更易使得空氣汙染物揮之不去,種種因素交織下,形成了所謂的都市熱島效應。

想當然爾,熱島效應愈顯著,意謂人們對於能源的使用需求就愈高,因而形成惡性循環,當世界上諸如此類現象不斷滋生,影響所及,令人憂心的地球暖化、氣候變遷,乃至於天災降臨等憾事,就成了全人類必須面對的共業;在此前提下,可望減緩地球暖化速度的節能減碳,自然成為甚具票房的題材。

有人或許會納悶,乍聽之下,不難理解智慧綠建築、節能減碳之間確有關聯性,但不知關聯度是大或小?此乃由於,全球有將近4成的碳排放,係由建築物所產生,單從這點來看,即可領略智慧綠建築何以如此重要。

雖然智慧綠建築看似一體,但在此不能免俗的,仍應就綠建築、智慧建築等不同脈絡加以論述。如前所述,綠建築的實施目的,即是為了減少建築物對於自然環境的衝擊與破壞,可透過綠色建材的採用,對於樓內與樓外的溫室,施以最佳化的調節,使得居住人無需使用過多能源,便可創造室內恆溫之效益,將建築的資源及能源有效利用率推向高點。

至於智慧建築,則需配合運用資通訊科技,使得原本僅用以遮風蔽雨的建築物,開始長了智慧,甚至可藉由某些型態與使用者、物件或系統展開對話,還能配合電力公司的訊號運作,懂得削峰填谷,減少尖峰用電量,藉以避免不必要的能耗。

IoT加雲端運算  打造一切智慧應用基盤

若從最廣義的範圍詮釋智慧建築,那麼早在80年代即已現身的BA(Building Automation)管理系統,乃至於後續問世,得以電腦取代樓管人員管控耗能設備的建築能源管理系統(Building Energy Management System;BEMS),無疑都可算是智慧建築的前身。

但持平而論,智慧建築與BA或BEMS的功能取向,仍舊有所不同,只因為BA與BEMS服務的對象是樓管人員,系統設計理念係以設施或設備為軸心,且施行範圍偏重公共區域,反觀智慧建築,則訴諸整棟建築不論室內室外的全面智能化,且不管服務對象、設計概念,都是以住戶為軸心,比方說,高齡獨居的住戶,即可透過智慧化設備與系統,有效滿足其於安全防範、居家健康照護等需求。

接著從技術角度加以觀察,BA與BEMS的屬性,較偏向於封閉式的自動控制系統,與週遭異質系統或元件的整合度較差,且將諸多控制智慧置於末端,故而在佈建過程中,需要執行大量的客製化;至於智慧建築,主要奠基於開放式架構,沒有太多歷史包袱的桎梏,所以能輕易整合串聯電信、電腦、消防、影音或IAQ等不同系統,且可運用植基於工業標準的物聯網裝置,再配合雲端服務,據以加快大量部署的速度,換言之,資通訊技術的日新月異,即是促使智慧建築、乃至智慧綠建築躍為火熱題材的客觀因素。

尤其是智慧綠建築,不僅有助於營造智慧化居家空間,亦可確保居住環境之永續利用,可謂效益卓著,無怪乎逐漸成為舉世產官學戮力推動的重心。

不可諱言,無論是智慧建築或智慧綠建築,前頭都帶有「智慧」二字,意謂它們都是整體智慧應用的箇中一環。智慧應用的誕生,有其演進過程,早期係以嵌入式系統為出發點,所謂嵌入式系統,便是由電子裝置、處理器加上軟體的綜合體,爾後產業界開始為嵌入式系統添加通訊機制,賦予感測與控制能力,將嵌入式系統推向「智慧裝置」層次。

說到智慧應用,其實便是結合了智慧裝置、雲端運算資源,以及關於創新應用的軟體或服務所產生。綜此,論及智慧應用、甚至細分至智慧綠建築,裡頭皆有三大組成要素,分別是物聯網(含感測裝置)、雲端運算(含巨量資料分析、人工智慧),及智慧終端。

物聯網旨在透過網路串聯諸如空調、照明、安防等所有設備,再運用資通訊科技,包括了結合強大的雲端運算機群,以及各式應用軟體,使得這些設備彼此可以交談對話,進而基於特定應用目的而產生連動。

總體而言,透過物聯網、雲端運算與各式智慧終端所形成的智慧綠建築,可以拜資通訊科技的助力,大幅提高設施能源使用與運作效率,且促使一切應用情境趨向簡單化、無形化,讓使用者得以快速上手、便利操作,妥善駕馭各項智慧功能。

除此之外,智慧綠建築可提供標準化的Open API,使得居住在建築物以內的用戶,與外部各式各樣的專家,有了得以鏈結的接口,也就是說,當住戶有任何尚未獲得實現的新增需求,便可從外部的專家或開發者所打造的資訊應用系統中,尋找最能契合需求的標的,再透過系統整合服務商協助,透過API,將資訊應用系統接軌至建築,立即成為智慧綠建築可供應的服務項目之一;若將智慧綠建築比喻為智慧型手機,則不管基於節能、安全、健康、便利或舒適等各種目的應運而生的資訊應用系統,即是舉世成千上萬開發商所孕育的App。