智慧型辦公大樓空調及照明節能實務
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智慧型辦公建築如何以系統整合及控制手法達到全面能源節約？這簡報或許可提供一些新的想法。
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智慧型辦公大樓空調及照明節能實務
- 1. 智慧型辦公大樓空 調及照明節能實務Energy-Saving Practices for Air Conditioning and Lighting Systems in Intelligent Office Building © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 台灣物業管理學會第七屆研究成果發表會 溫琇玲 中國文化大學建築及都市設計學系、社團法人台灣智慧建築協會 陳保文 云辰電子開發股份有限公司、社團法人台灣智慧建築協會 王秉豐 財團法人資訊工業策進會 嚴嘉鑫 財團法人資訊工業策進會
- 2. 前言 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 進口能源 自產能源 >98% 123.9 百萬公秉油當量 <2% 環境保護 全球暖化 核能外洩 氣候變遷 Survival
- 3. 研究目的 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 Equipment Architecture Inhabitants Environment 1 2 3 4 5 6
- 4. 研究方法 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 建築技術規則 建築設計施工篇 綠建築標章 智慧建築標章 東京都節能及能源 管理推進方針 日本清水建設企業 總部大樓節能手法 Policies Frontier 電機技師 冷凍空調技師 能源技術工程公司 Practices Future Direction
- 5. 建築技術規則建築設計施工篇 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 辦公廳類建築節約能源設計技術規範 屋頂平均熱傳透率，Uar 全年冷房 空調耗能量 透光天窗平均日射透過率， HWs 外殼玻璃可見 光反射率，Gri 建築外殼耗能量， ENVLOAD
- 6. 綠建築標章 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 日常節能為 門檻指標 建築技術規則之 建築外殼耗能 強化20% 建築外殼節能 中央空調 USRT>50 防止主機超量設計 鼓勵高效率主機 獎勵空調節能技術 空調系統節能 照明系統節能 個別空調：COPc 其他節能措施 照明控制系統 高效率燈具 採用安定器 高發光效率光源
- 7. 智慧建築標章 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 節能管理為 功能性指標 空調 照明 動力 能源監控管理 高效率設備 各項節能技術 ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ 與綠建築標章相似 具有節能效益即能得分，具明確 鼓勵性 多了動力系統 的評估
- 8. 目的相同，著眼點不同 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 建築技術規則 建築設計施工篇 綠建築標章 智慧建築標章 重視建築外殼設計 上述加強20%，另注重空調及照明系統 設計及設備選用 除了空調及照明節能外，增加動力系統 節能，並明確鼓勵創新節能手法
- 9. 東京都節能及能源管理推進方針 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 辦公大樓聰明節電七步驟 作業面照度<500lux 實際室溫<28°C OA設備節能模式 電力消費視覺化 徹底保養及維護 切勿矯枉過正 節能應變計劃 與溫度 管理並行
- 10. 清水建設企業總部大樓 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 基本資料 地點 日本東京都中央區京橋 用途 企業總部辦公大樓 基地面積 約3,000 m2 建築面積 約51,800m2 樓層數 地上22層 地下3層 竣工年月 2012年春季 環境性能 CASBEE2010 自評S 起造人 清水建設株式會社 設計者 清水建設株式會社 施工者 清水建設株式會社 碳排放減半建築
- 11. 清水建設企業總部大樓 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 多功能建築外殼＆微電網系統 圖片來源：清水建設株式會社 太陽能面板 Low-E玻璃 耐震結構面板 遮陽 ＋蓄電池＝微電網 -70kVa
- 12. 清水建設企業總部大樓 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 圖片來源：清水建設株式會社 面積2000m2的太陽能面板 辦公室裝薄膜型共用空間裝多結晶型 84,000kWh
- 13. 清水建設企業總部大樓 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 個人化(Task-Ambient)空調系統 圖片來源：清水建設株式會社 背景空調採輻射空調 個人空調藉樓地板吹出口調節溫度
- 14. 清水建設企業總部大樓 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 個人化(Task-Ambient)照明系統 圖片來源：清水建設株式會社 背景照明踩長壽命LED，約300lux 作業面獨立LED桌燈 角度可變化型窗簾片
- 15. 清水建設企業總部大樓 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 個人電腦能源監控 辦公大樓中耗 能第三大設備 自動關閉螢幕 自動切入睡眠模式 電腦用電省 30%
- 16. 日本節能趨勢 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 個人化環境調節 三機一體太陽能板
- 17. 辦公大樓節能手法實務 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 空間用途分區控制管理 公共空間 辦公空間 中央空調區 行政事物人員辦公區走廊、大廳等 業務、工程人員辦公區 多聯變頻空調區
- 18. © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 辦公大樓節能手法實務 空間用途分區控制管理 外交部辦公室示意 南非德國 美國 依照上班時間不同劃分座位
- 19. 辦公大樓節能手法實務 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 能源管理系統及自動控制 建築能源 管理系統 納入中央 監控系統 能源消耗 確實追蹤 減少能源使用；降低費用 $
- 20. 辦公大樓節能手法實務 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 維護、運用管理及照明節能 照明系統節能手法 時程管理 針對勤務時間、假日時間等預先排程防止忘記關閉 情境控制 根據會議模式、作業模式、簡報模式等不同設定 群組控制 電力負載接近臨界值時優先關閉某些群組 晝光利用 晝光感知器偵測作業面照度以調整照明設備使用量 人員感應 自動感應空間中人員以調整照明設備使用量 效 能 時間 設備 保養 效能 差異 26°C 25°C
- 21. 辦公大樓關鍵節能手法 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 空間用途 分區控制管理 能源管理系統 自動控制 維護 運用管理 建築師 電機技師 冷凍空調技師
- 22. 智慧型辦公大樓成本效益 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 （溫琇玲等，2013） 10,000m2 智慧建築標章 各等級成本概估 黃金級 4.6~7.5% 銀級 3.2~4.7% 銅級 2.7~3.2% 鑽石級 7.5%~ 合格級 2.5~2.7% 員工工作效率提升！ 直接效益淨現值1400萬元 內部報酬率9% 回收期11年 不動產價值提升！
- 23. 結論與建議 © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 Equipment Architecture Inhabitants Environment 行為 改變
- 24. © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 Q & A
- 25. © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會 謝謝各位的聆聽 社團法人台灣智慧建築協會 專案經理 陳保文 beconomist@gmail.com
- 27. 研討會記錄 • 黃世孟問信義之星物業張總經理：「科技在中小物件的物 管中能做什麼？」 – 張總表示，目前在社區最常被講的就是電費好貴，停車場的燈、 安全梯的燈經常一開就是一整天，那麼遠誰會去關？遠端控制就 是科技一個重要應用，讓資源用在最重要的地方。 • 北科大楊詩弘老師提到：北科大在夜間也會定時關燈，未 來還會以Line通知使用者 • 有人說我們沒有考慮「系統整合最重要的通訊協定」、 「內外周區」等。但其實這些都很基本，有什麼好介紹的？ © Copyright 2013 社團法人台灣智慧建築協 會
Editor's Notes
- 各位先進們大家好，我是陳保文，今天溫理事長不能出席，今天會由我來進行報告。
- 我們到底為什麼要節能？因為目前人類依靠的主要能源種類並非取之不盡用之不竭。以台灣而言，由於自產能源僅佔能源總使用量不到2%，大多數都依賴進口能源，節約能源可以降低對進口能源的依賴，進一步保障國民生活基本需求。 第二個原因爲，這些主要能源的消費經常造成二氧化碳的大量排放造成全球暖化及氣候變遷，或雖然核能電廠幾乎不排放二氧化碳但卻有相同致命的風險——核能外洩。 因此，節能絕對是當前人類維持文明發展中相當重要的課題。
- 透過「歸零式」的思考，重新構思建築使用行為中的四大元素，也就是「環境、建築、設備、居住者」之間的多元互動性，自然環境影響建築設計、建築設計影響設備配置和選用、設備則進一步影響居住者的使用行為，使用者行為則影響了能源的使用量。 ①環境影響建築設計和建築效能，建築反過頭來改變了環境的樣貌。 ②建築影響設備配置和選用，設備彌補建築的不足，使建築機能性更加。 ③設備影響居住者的生活形態，居住者則影響設備使用的能源量。 ④建築影響居住者生活形態，居住者則影響建築的壽命。 ⑤環境也影響設備的設計和效率，設備則一點一滴影響環境特性。 ⑥環境影響居住者的地域文化，居住者則藉由各種活動改善環境的可居住性(Livability)。 藉由此思考，我們認為智慧型辦公大樓應更強調建築和設備與居住者間的多元互動性，即「藉由更智慧的系統設計來輔助居住者的決策過程，進一步正面影響居住者的行為，使之朝向更節能、環保的設備使用模式轉變」。
- 藉由文獻回顧、國外案例蒐集以及專家問卷訪談，了解國內外辦公大樓節能實務，並希望可以找出建築節能未來的方向。
- 在《建築技術規則建築設計施工篇》訂有《辦公廳類建築物節約能源設計技術規範》(內政部營建署，2011)，定義了一套「建築物全年冷房空調耗能量之統一計算方法與評估標準。」因為是建築技術規則的關係，具有強制性，主要有下列四項指標： 透光天窗平均日射透過率 屋頂平均熱傳透率 建築外殼耗能量 外殼玻璃可見光反射率
- 綠建築標章中，節能成效是以「日常節能指標」來進行節能評估。此指標為必要「門檻指標」，即本指標若不合格則無法取得綠建築認證。自2008年起，工程總造價在新臺幣五千萬元以上之公有新建建築物皆須取得綠建築標章。
- 在智慧建築標章中，因「節能管理指標」為「功能性指標」，申請者並不一定要通過本指標之評估(鑽石級智慧建築標章申請者除外)。此指標的評估對象除了與綠建築相同的空調、照明系統之外，還包括了動力系統如升降梯、緊急發電機、抽水泵浦等。 另外，各項節能技術只要有節能效益就能得分，較俱有明確的鼓勵性。
- 由以上可知，建築技術規則的設計規範著重在「建築結構及外殼設計」；綠建築標章除了加強前述內容之外，在「空調及照明系統設計與設備選用」上有大量著墨；而智慧建築標章則將著眼點放在即時回饋(instant feedback)及資訊視覺化(data visualization)，藉此提升環境、建築、設備及居住者的多元互動性。
- 另外，311大地震後，日本已針對國家能源政策進行了全面的檢討與改革，東京都環境局在去年公佈了《東京都節能及能源管理推進方針》，建議了辦公大樓「聰明節電」的七個方法： 作業面上照度設定在500lux以下(300~500lux) 辦公室「實際室溫」控制在28°C，並與濕度管理並行 OA設備的節能模式設定 電力使用的視覺化，節能效果一同分享(BEMS導入) 設備的徹底保養及維護(如定期清理濾網以維持設備運轉效率) 切勿矯枉過正以避免影響工作效率(如工廠環境的空調設定28°C等) 當電力供給即將不足時，提前做好追加的節能計劃
- 日本清水建設企業總部大樓獲選2011年東京都辦公大樓減碳TOP30，此大樓的設計目標為「碳排放量減半」，即比2005年東京都辦公大樓的平均二氧化碳排放量降低一半。
- 多功能外殼系統：結合太陽光發電、Low-E玻璃、抗震結構面板、遮陽為一體之多功能建築外殼。 微電網主要目的為抑制日間高峰用電量，以太陽光發電模組及蓄電池構築成建築物內微電網系統，即常時監控建築內電力消費量與太陽能發電量的變動，當太陽能發電不敷使用時以蓄電池中的電力輔助供電，以降低對商用電力的依賴，此舉可降低70kVA的契約用電容量。
- 太陽能發電面板採用結晶型與薄膜型兩種，合計面積約2000平方米，一年總發電量可達84,000kWh，大約相當於此大樓LED照明系統在日間使用時一年的總電力消費量。
- Task指的是個人的、作業面的，而Ambient指的是室內全部的、背景的。背景空調採用輻射空調系統，主要藉由冷熱水在預埋於天花板中的水管中循環達成室內溫度調節，不會產生不舒服的氣流，室內也幾乎不會有溫差。個人空調則是藉由地板空調吹出口調節溫度，可以根據個人喜好調整出風口大小
- 另外在照明方面，背景照明設在天花板上，採用長壽命LED照明，大約保持300lux的照度；個人照明則是工作桌上的LED桌燈，需要閱讀較小的文字或圖面時，背景照明加上個人照明可以達到約700lux的照度，此外，因為採用角度可變化型窗簾片的關係，可將室外自然光均勻的反射到室內空間，此舉可減少上班時間照明系統用電量的90%。
- 個人電腦在電源ON的情況之下卻長時間沒有人操作時，系統自動將其顯示螢幕關閉，若經過一段時間之後仍無人操作，系統則自動將主機切入睡眠模式，此舉最大約可節省電腦電力消費量的30%，或是建築物整體的5%。
- 在日本，辦公大樓的節能管理已經將觸角伸向能源使用量第三大的OA設備，將其納入中央監控系統集中管理；反觀國內建築節能相關規範均尚未將此部分納入視野，期許國內未來也能將這一部分納入節能管理的範疇中。 另一點可以注意到的為個人化系統(Task-Ambient)的興起，僅針對居住者在從事某些活動時所需的空間進行適當的環境調節，剩下的開放空間則以較寬鬆、少量的方式處理，此一節能手法若能夠更聰明：即當人員離開座位時自動關閉個人空調和照明，將更能夠發揮其效用於無形
- 辦公大樓的使用情境比較多元，根據業務性質不同會有不一樣的空間使用模式，因此需要將「辦公空間」及「公共空間」分開進行討論。就公共空間(如接待大廳、開放式會議空間、走廊等)而言，因為白天時人員進出頻繁幾乎不會有無人的時候，可以中央空調系統來統一調節溫度；到了晚上下班後由於公共空間的使用大幅減少，可以將中央空調系統關閉以節省能源。以辦公空間而言，須以使用用途和特性來劃分區塊，例如行政人員大多數的時間都在辦公室中；但業務人員在辦公室內的時間就比較無法掌握，若可將兩類型之人員座位分別配置，需長時間開啟空調的區域採用高效率之中央空調系統；因人數經常變動而需要隨時調整空調負載的區域則採用多連變頻系統。
- 另外，針對加班執勤的人員，可劃分「加班區」使之集中於某一區域作業以避免資源分散及浪費。又例如外交部在夜晚由於須與各國使館保持同步作業和聯絡，隨著執勤人員的時區不同，其空間的使用時段也會相異，此時根據時區劃分區塊便為重要之節能策略。因此，考量不同的運轉情境和需求限制，並以此規劃空調之使用區塊為重要的節能關鍵。
- 一般辦公大樓空調及照明系統使用者眾多，且多半非使用者個人付費，因此必須設置能源管理系統並將之納入中央監控系統，除了對末端設備進行遠端監控之外，更可與其他設備及裝置整合連動以收自動化控制之效，例如利用建築物內之小型氣象站取得即時外氣溫度，當外氣溫度下降到一定程度時，可致動開啟換氣窗及將室內機切換成送風模式。此舉也可以預防或降低不當使用行為之發生如溫度設定過低、下班忘記關閉電源等。 導入能源管理系統可有效地追蹤設備實際使用狀況，藉由對使用模式的分析找到異常使用行為並施行改善措施。另外，由於辦公大樓多半產權不一，設備的建置與使用成本的分攤一般而言較難精準掌握，實際使用成本難以反映到使用者支付的金額，因此建議加設費用計測設備，採使用者付費的原則以確實建立使用者「降低費用；減少能源使用」的誘因。
- 空調及照明系統在設置初期，設備各方面表現優異，但隨著使用年限的增加小問題也會陸續出現，再隨著年限的增加，各種問題便會層出不窮。良好的維護計劃可以提升系統期初效能的可持續性，不斷地藉由系統效能調校(Re-commissioning)和相關儀器的定期校正，除了持續維持節能效益之外也可以收癱瘓性故障的早期預警效果。另一方面，空間中若有良好的通風條件，其空調系統室內溫度的設定也會更有彈性，例如即使冰水主機的溫度設定在26度，若能適當搭配風扇設計，體感溫度可達到25度而可節省約6%的能源使用。 照明系統可有下列節能管理模式，其中較為關鍵的是晝光利用及人員感應連動管理。
- 智慧型辦公大樓只是節能？根據溫琇玲等(2013)的研究，獲得銀級智慧建築標章，其直接效益包括可以獲得淨值1400萬元，內部報酬率9%，回收期為11年，表示智慧建築的投資是非常有利的，值得進行。 國外研究也指出，因為智慧建築系統的導入使辦公環境的通風改善、照明增強以及環境品質提升，致使員工病假減少，工作效率提高。
- 過去的建築節能的研究普遍地以建築和設備二者單方面地滿足居住者需求為主要思考邏輯；而所謂智慧型辦公大樓，因為資訊的即時回饋和視覺化、監視與控制等比較強調建築和設備與居住者的互動。截至目前為止與「人的行為」有關之建築節能相關文獻仍不多，人的行為或對環境的感受在研究中大多是被當作常數或已知的定數，即假設人在室內的舒適溫度為26°C且恆常不變，此作法在過去或許是合理的，但在能源耗竭、全球氣候變遷的時刻，各專業領域皆紛紛開始研究人的行為改變(behavioral change)：「該如何藉由更智慧建築系統設計使人們朝向更節能、環保的居住及消費行為改變」 ，藉由促使居主者行為改變來改變他們設備的使用行為、能源使用行為以及建築的使用行為。