善用中央監控系統 發揮智慧節能成效
- 高鳴矯
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DIGITIMES企劃
隨著建築物能源管理系統(BEMS)發展愈趨成熟完備，如何利用此一先進技術方案，搭配圖控系統與各式控制器，共構為一個中央監控機制，可謂孕育智慧節能建築的關鍵所在。
持平而論，建築節能管理需求，並非此刻才乍然湧現，早在1960年代，BEMS概念就已成形，惟當時並無集中統一管理概念，主要強調自動控制功能，針對個別設備來實施管理，譬如採取個別架設監視器系統，以及運用模擬矩陣的方式做監控。
不可否認，上述單純之監控系統，最大缺陷便是不具備控制設備運轉的功能，所以對於節約用電的幫助有限，所幸此後個人電腦技術日新月異，對於建築物管理發揮莫大助益，只因善用電腦與螢幕進行監控，除了有助於掌握設備運轉狀態，使長期懸掛的缺口獲得填補，更重要的，即是將原本各自獨立的監控系統相互串聯，繼而利用主電腦實施統一管理；於是乎，近代建築管理系統的基本雛形就此底定。
專家指出，按英國牛津大學氣候變遷協會的研究報告顯示，消費者只要能看到自身用電資訊，即有助於降低5%？15%能耗，節能幅度可謂不小；由此觀之，無論對於一般家庭、社區抑或任何工商業場域，意欲進行節能，關鍵第一步便是了解並檢討當前能源使用狀況，接著逐漸改變現有設備的使用習慣，甚或改採更為省電的設備。
在此前提下，彙集資通訊及環境監控技術菁華於一身的BEMS，不僅可協助使用者，讓原本不甚透明的用電資訊，開始變得清晰可見，更可順勢監控與管理週遭生活中的能源管理，使節能減碳一事，不再流於模糊的意識自覺，而成為具體可行的方案；畢竟諸如隨手關燈此類教人不陌生的好習慣，充其量僅能發揮約1%節能效果，成效其實有限，必須借助創新的智慧化工具從旁協助，才能有所突破。
即時線上診斷 協助擬定節能改善對策
綜觀BEMS基本內涵，其實不外是幾個主要機能，箇中最基礎的管理功能，即是針對建築物與建築設備進行監控，而過程中必須借助監視、列印或操作等功能，藉以增進系統管理效率。
除此之外，此系統亦需具備統計圖形顯示介面，據以呈現管理點資料及相關狀況，好讓使用者得以迅速掌握建築物內之各種資訊，再者，舉凡簡單易懂的操作性、多媒體功能、數據管理功能、針對各項設備的自動控制與連動控制功能，乃至於各種攸關省能的運轉控制及停？復電的控制功能，加上針對空調主機運轉最佳化的控制功能，在在都是重要的環節所在。
總括而論，根據經濟部能源局指導編製的「建築節能應用技術手冊」，BEMS主要蘊含四大管理系統。其一為BAS((Building Automation System)，旨在針對建築物內部的各種電力設備、空調設備、冷熱源設備、防火及防盜設備，進行集中監控，在盱衡能源節約及環境保護的前提下，確保建築物內環境舒適，各設備運轉狀態及使用率，均可達到最佳化狀態。
其二為EMS(Energy Management System)，顧名思義為能源管理系統，係以計算技術為基礎的現代電力綜合自動化系統，藉由中央監視所傳達各監視點的數值，分配調度建築物內之管理能源使用及決策，以確保建築物內各用電設備，都能在最佳效率狀態下運轉，發揮例如用電卸載、需量管理等重要功能。
其三為建築管理系統(BMS)，旨在管理各設備之運轉及維修，以及保全人員排程等管理工作，並負責記錄建築物內所有費用支出，將之存入系統資料庫；最後則是設施管理系統(FMS)，係運用電腦之資料庫所累積各項設備運轉狀況記錄、維修保養之費用，詳列出各類報表，以利用戶進行各方面之財務評估與營繕管理。
至於建築物BEMS系統架構建立之道，主要的考量點，包括了三大面向，依序是設計層面、運轉層面，以及節能對策專家系統，藉由這三大面向的環環相扣，據以構築完備之數位化監控系統，足以針對建築物耗能現況執行詳盡診斷，可透過量測資料、既存資料庫內含數據之兩相對比，藉此挖掘問題之所在，然後再搭配專家系統擬定節能對策，繼而回饋至系統執行改善工作，同時進行經濟效益、投資酬率評估；藉由前述運作模式，伴隨建築物進行商業運轉時序的推移，持續不斷促使系統運轉效率一步步邁向最適化。
藉由上述有關BEMS的架構說明，即不難讓人理解，究竟BEMS與傳統BAS系統有何顯著差異，主要在於舊式系統並不具備借助外部專家系統擬定改善策略的能力，長此以往，容易衍生設計不良、長期運轉於耗能狀態、管理系統鬆散失效等負面狀態；反觀BEMS，則可驅使建築物隨時執行自我偵測，一旦遭逢異常狀態，還可觸發自動警報系統，再輔以連網功能，可援引專家系統協助擬定與評估改善對策，前後比較，無論在於準確度與效率，都明顯展現長足進步。
因此BEMS所產生的重大效益，無非就是即時線上診斷功能，有此功能的幫助，用戶可快速查詢各感測器數據，瞭解當下建築能源使用狀態及能耗分析。比方說，使用者可自行選定一段時間區間，同時查詢包括主機耗電、運轉噸數、冰水或冷卻水進出溫度、RT負載、負載率%、KW、KW/TON、COP值、DUI、EUI值…等多筆資料，再選擇不同參數作為X、Y座標軸，便可深入診斷溫濕度變化對於能耗數值的影響。
一般來說，當建立完整的BEMS系統架構後，所有事項並未就此完結，另需針對動力、空調與照明等三項關鍵子系統，進行詳細之規劃，主要內容含括監控等級的設定、監視系統的點數與位置、控制系統的方式(譬如PID、Fuzzy)、通信系統的佈建，乃至於建築物管理機制的建立。
值得一提的，相關硬體設備的佈建之道，也是至為重要的一環，舉例來說，單就空調系統而論，即需因應耗電量、冰水流量、冰水進出溫度、冷卻水進出溫度等諸多量測需求，規劃部署相對應的監測點。
有鑑於BEMS的重要性，包括IBM、研華、大同、台達電等致力跨足智慧綠建築商機的海內外業者，均已推出相關產品。例如研華，利用其WebAccess SCADA圖控軟體，建立BEMS系統架構中不容或缺的資料採集與監控樞紐，並提供Active X、HTML報表、圖形匯入、DDE、OPC、ODBC I/F或JAVA/TCL/VBscript等多元開放式整合元件，使系統整合商能輕易開發子系統介面，協助最終用戶建立自動化系統，讓用戶端管理者得藉由網頁瀏覽架構的人機介面(HMI)與SCADA，執行遠端監控與維護工作，並進行用電方式、用電成本之統計分析，即時掌握電力設備的運轉狀況、有效避開尖峰用電時段，藉以善盡最佳節能規畫。
至於台達電提供的Delta BEMS，則標榜彈性化分散式架構，大至全球化企業據點、小至單一建築物皆可適用，並同時支援有無線感測型網路、由感測層主動上傳資料或由資料匯集層往下蒐集，且兼能支援本地端、遠端或雲端蒐集，希冀藉由提供豐富靈活的資料採集方式，以適應不同物聯網應用場域；另外，Delta BEMS採用Fuzzy智慧演算法，以利滿足更趨細膩的多段式控制需求。
