第二章 蒐集國內外 IOT 技術應用於建築空調系統之相關案例
第一節 國外相關案例分析
國外各先進國家對於建築節能導入智慧型運轉策略，對於整體建築效能之提升不 遺餘力。這中間包含：建築外殼設計、內外遮陽、照明、隔熱等等子系統。另一方面 則包含：空調系統、動力系統等需要用電的設備進行節能。這些研究着重整體建築能 源效率之值提升也就是 EE（Energy Efficiency Upgrade）。
近年來歐美日本等先進國家，則開始大量投入利用空調系統於夏季進行卸載來降 低整體國家電網於夏季期間尖峰供電不足的困境，已形成一個全新的發展趨勢。尤其 像日本橫濱智慧城市計畫（Yokohama Smart City Project，簡稱 YSCP，請見參考書目[1]）， 是因為進行大規模的電力節能與電力需量管制計畫，而獲選為全世界六大智慧創新與 科技智慧城市的美譽，可視為最佳典範，如下圖 2-1 所示。
圖 2-1 日本橫濱智慧城市計畫獲選為全世界六大智慧創新與科技 智慧城市
（資料來源：參考文獻 1）
橫濱智慧城市計畫於 2011 年（平成 23 年）該計畫由東芝（Toshiba）開始規劃社 區能源管理系統（Community Energy Management System）；首先納入丸紅、三井不動 產、三菱地所等所屬之大型集合住宅進行 DR 策略之管制與實證。2012 年再逐步擴大 至較大量之住友電工等商辦大樓。2013 年更進一步擴大納入東京瓦斯、NTT 等商辦大 樓。其系統架構，如下圖 2-2 所示。
圖 2-2 YSCP 系統架構由整合商辦大樓之 BEMS 及集合住宅之 HEMS 組合而成
YSCP 於 2013 年 7 月至 9 月共進行 22 回 DR 方案。其中 18 回為前一日通知； 4 回為當日通知。DR 實施時段為下午 13:00 至 16:00 共 3 小時。DR 發出指令之必要條
（資料來源：參考文獻 1）
件為：預測隔日或當日實測外氣溫度達 31 oC 以上之尖峰時段進行。電力基線參考值採
另外，目前國際間的智慧型冰水主機系統上，亦有加裝 Winn Energy Controls, Inc.
廠商之 ADRES Chiller Controller 之方式進行智慧型策略運轉，其系統如下圖 2-3 所示。
亦即在原本的冰水主機系統上，加裝 ADRES Chiller Controller 後，可以進行 EE 與 DR 的各種運轉策略，以便達成節約能源與需量反應的目標。
圖 2-3 Winn Energy Controls, Inc.廠商之 ADRES Chiller Controller
ADRES Chiller Controller 是一種固定式，且為無線傳輸的解決方案，同時也是實 現快速、簡便、和廉價的控制器解決方案。ADRES Chiller Controller 不管是從現有的 冰水主機進行改造與安裝，或是裝置在新機種的冰水主機，接一併相容。
（資料來源：Winn Energy Controls, Inc）
AADRES Chiller Controller 幾乎可操控管理所有型式壓縮機的冰水主機，包括離心
亦即當外部環境溫度低或下降時，ADRES Chiller Controller 將提高離開冰水主機 的冰水的供應溫度。因此，在滿足建築物冷卻水需求的同時，冰水主機冷卻器消耗的 能量將減少許多，同時也節省電費支出。
另外，ADRES Chiller Controller 亦能進行每日、每週、或假日的運轉排程，以節 省至少 20 % 的能源消耗，而不犧牲室內環境的舒適度。
有了這些節省的電費支出，Winn Energy Controls, Inc.宣稱若使用於 100 噸冰水主 機的話，將於不到 24 個月的時間內，回收購買 ADRES Chiller Controller 的成本。由於 ADRES Chiller Controller 符合美國當地大多數公用事業能源效率折扣計劃的資格認證，
使用者將很容易參加當地各種不同節約能源的活動。
ADRES Chiller Controller 之 EE 節能功能歸納如下：
1. 冰水主機供應冰水溫度調升與最佳化
2. 冰水主機冷卻器之最佳化控制
3. 每日、每週、或假日的運轉排程最佳化
4. 控制冰水泵與冷卻水泵之最佳化運轉
5. 可遠端以 Web 瀏覽器主控冰水主機的設定值
圖 2-4 ADRES Chiller Controller 於節約能源與需量反應之功能
其次，於 DR 需量反應方面，ADRES Chiller Controller 可於硬體中直接植入當地電 力公司的需量反應時段，使得電力用戶能夠很容易參加當地電力公司需量反應計畫，
以減少尖峰用電。每年因參加需量反應計畫的電力用戶，至少可節省 10 % 的能源消耗，
並可協助當地電力公司降低電力尖峰負載。電力用戶並可隨時於 Web 瀏覽器上，填選 參加需量反應計畫的意願。
ADRES Chiller Controller 之 DR 需量反應功能歸納如下：
1. 符合 OpenADR 2.0
2. 限制冰水主機運轉以符合需量反應需求
3. 調升冰水主機供應冰水溫度
4. 於非營業時間關閉冰水主機
而有關 OpenADR 2.0 網路架構部分，其規劃中的節點可分為兩組：即發布和傳輸 有關事件的資訊到其他節點（例如公用事業），及接收與回應資訊的節點（例如終端用 戶）。其定義如下：
（資料來源：Winn Energy Controls, Inc）
上游節點(Virtual Top Nodes，簡稱 VTN)：這是一個控制需求側資源的實體，負責 傳送電網資訊（如價格，可靠性，事件等）到其他實體（如 VENs）。VTN 可以同時對 電網與 VEN 設備或系統進行通信。一個 VTN 也可能同時作為 VEN 與另其他 VTN 進 行互動。
下游節點(Virtual End Nodes，簡稱 VEN)：VEN 擁有一組資源和/或過程可進行操 作控制，並且可以對已知的智慧電網訊息（如 DR 訊號）做出回應。該 VEN 可以是能 源的生產者或是消費者。VEN 能夠與一個 VTN 進行雙向通信，以接收和發送智慧電 網訊息。一個 VEN 也可能同時作為 VTN 與其他裝置進行互動。
如圖 2-5 顯示出 VTN 對應 VEN 關係的所有組合，從一個公用事業（Utility）或獨 立電力調度中心（Independent System Operator，ISO）下達 OpenADR 命令到各個客戶 端站點（Site）。此外，一個 OpenADR 裝置可以在分層架構的上層作為一個 VEN 對上 層 VTN 伺服器做響應，並且也可同時作為下層的 VTN 對下級的 VENs 下達命令。在 任一方向的交換事件可以彼此獨立和 OpenADR 聯盟沒有定義如何在節點作出反應的 信息。
在同時支持 VTN 和 VEN 介面的節點（如能源聚合商 Aggregator）上，並沒有任 何規範和限制其內部在 VEN 介面接收到的消息是如何被耦合或轉譯成 VTN 的訊息並 從其介面發送，反之亦然。它們被視為兩個完全獨立的介面並獨立測試，以確保其符 合規範與互操作原則。實際的系統部署方案取決於公用事業和參與客戶之間的協議。