第三章 建構智慧化居住空間
第二節 HEMS（Home Energy Management System） 34
HEMS 的應用範圍，包含建築物的自然通風、照明系統控制的增加、光電 缺乏的現代，發展零能源大樓(Zero Energy Building，ZEB)和低能源大樓 (Low Energy Building，LEB)已經形成未來發展之趨勢，但此構想目前尚屬 於實驗階段，對其性能無法作出許諾，所以，如何經由檢查而可以減少較多的
三、自動化的空調、燈光啟停控制，並免無謂的能源浪費。
参、HEMS 系統控制頁面介紹：
ㄧ、照明監控系統
圖3-15 照明監控系統頁面，具備有燈具狀態監看、啟停控制等功能 二、空調監控系統
圖3-16 空調系統控制頁面，具備有空調室內機狀態監看、啟停控制等功能
三、實驗空間內部照明系統運轉狀態查詢
圖3-17 照明系統運轉狀態查詢頁面，具備有室內外照度監看等功能 四、歷史資料查詢
圖3-18 歷史資料查詢查詢頁面，可查詢用電量、室內外照度等歷史資料
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五、電力即時監控
圖3-19 電力即時監控頁面，總用電之即時監看及各用電需量趨勢圖
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第三節 照明控制系統
本實驗之照明控制系統是以照明調光控制為基礎，進而延伸出晝光利用、
各種照明情境模式等控制技術及策略應用。照明控制系統基本架構圖如下圖 3-20 所示：
圖3-20 照明控制系統架構圖 壹、基本照明設備簡介
ㄧ、T8、T5 高效率省電燈具
T8 及 T5 燈管為目前主流之高效率燈管，本身具有較低的含汞量，比 傳統T9 及 T12 燈管環保，其燈管效率也比傳統燈管高出許多，尤其是以 T5 燈管效果更為顯著，約可比 T9 燈管節省約 40％的耗電。T8 及 T5 後 的數字，代表的是燈管的管徑，T8 代表 8/8 英吋的燈管，T5 代表 5/8 英吋的燈管，一般來說，數字越小的，其效率越好。
在歐美地區，有許多辦公大樓皆已採用T5 燈管，不管是在環保還是 節能，效果皆相當顯著，但在台灣T5 燈管卻一直推廣不起來，最主要的
原因就在於台灣的建築皆是以T8 及 T9 燈管適用之燈座做為設計，若想採 用T5 燈管就必須先將舊有的燈具換掉，而且除了更換燈具外，T5 燈管必 須需搭配電子式安定器才可使用，其更換費用過大，所以鮮少有人接受。
目前，市面上有一種所謂T85 的燈具，其用途是作為 T5 燈管的轉接 頭，其內建電子式安定器，故無須更換更換燈座即可裝設T5 燈管，但由 於裝設上後，舊有燈座上的安定器並為拆除，故使用上是耗兩組安定器的 用電，但節能效果依然比T9 燈管好上許多。
圖3-21 T85 燈具實體照片 二、可調光電子式安定器
傳統的開燈方式，除了需要一顆電磁式安定器，還必須加裝一顆啟動 器，才可將燈管點亮，且傳統安定器的功率因數相當低，約0.5 左右，所 以往往要加上一顆高效率電容才可將功率因數拉高至0.9 左右，而電子式 安定器並不需要啟動器即可點亮燈管，且本身功率因數高達0.95 以上，
具比傳統安定器更高之效率。
電子式安定器與傳統安定器最大的不同點在於，傳統安定器採用低頻 點燈，燈管會產生頻閃現象，光波輸出相當不穩定，而電子式安定器採用 的是高頻點燈，瞬間點亮燈管，不會造成頻閃現象，而輸出之高頻率穩定 電壓，可有效激發螢光粉發光抑制光衰，降低燈管溫度與延緩燈管黑化。
以普通的日光燈管為例，使用傳統安定器僅能維持一年左右的壽命，但是 搭配電子安定器使用的同級燈管卻能維持超過三年的使用壽命，因此改用 電子式的日光燈安定器將能有效減少國內廢棄日光燈管的數量，兼具環保
的效益。
可調光電子式安定器具有一般電子式安定器的優點，其本身還可透過 輸入類比或數位訊號，控制輸入燈具內的電流大小，調節照度的強弱，如 此一來燈具就不再只有全開或全關的功能而已，可以依照個人所需之亮度 來做調整，使燈具的控制更具變化性，並可節省不必要之浪費。
圖 3-22 可調光電子式安定器實體照片 三、晝光調光感知器（Daylight Dimming Sensor）
Daylight Dimming Sensor 是一感測晝光進而對燈具進行調光的感 知器。Daylight Dimming Sensor 可依晝光之強弱來調節燈具亮度的強 弱，當戶外晝光充足時，Daylight Dimming Sensor 就會對可調光電子 式安定器輸入一訊號，降低燈具亮度的輸出，將燈光調暗，反之則提高燈 具亮度的輸出，將燈光調亮。
圖3-23 Daylight Dimming Sensor 實體照片
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貳、實驗方法與結果 一、手動調光
本實驗是利用兩座38w×2 燈具進行手動調光實驗，採用 T8 38w 三 波長燈管並搭配可調光電子式安定器。可依照個人對亮度的喜好，透過 HEMS 系統或調光器，將訊號送至可調光電子式安定器內，限制進出燈管 之電流大小，達到調光的作用。
圖3-24 手動調光系統架構圖
此實驗目的在於，測試燈具在不同亮度下之耗電情形，其結果如下圖 所示：
圖3-25 及圖 3-26 分別為調光率％與照度 lux 之關係圖及調光率％
與消耗功率w 之關係圖。當調光率越大時，表示流入之電流值越大，故有 較強之照度，但相對的消耗功率也會跟著增加。
調光率％與照度lux關係圖
波長燈管並搭配可調光電子式安定器及晝光調光感知器。
圖3-27 晝光調光系統架構圖
此實驗目的在於，測試裝設晝光調光與未裝設晝光調光之耗能分析，
其結果如下圖所示：
圖3-28 為裝設晝光調光系統後室內燈具照度與室外陽光照度分布情形，
圖3-29 為動態節能分析。晝光調光之作動完全取決於晝光，當晝光較強 時調暗燈具，當晝光較弱時則調亮燈具。
0 5000 10000 15000 20000 25000
0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00
時間
照度 lux
室內照度 室外照度
圖3-28 室內燈具照度與室外陽光照度分布情形
動態節能分析
1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00
時間
圖3-30 夜間睡眠情境實際照片 ii、閱讀情境
在桌面進行閱讀時，其照度大約要在700lux 左右，若將燈具全開提 高至相同照度的話，會造成過多的電力浪費。本實驗所營造之閱讀情境將 照明分成全般照明及局部照明兩個部分，全般照明提供整個環境的照明，
而局部照明則只提供桌面的照明，利用這兩種照明下去做搭配，將全般照 明調整至原燈具亮度的50％左右，在搭配檯燈進行局部照明，則可得到 相同之結果並減少電力的浪費。下圖3-31 為所營造之閱讀情境實際照片：
圖3-31 閱讀情境實際照片 iii、睡前休閒情境
在睡前做一些可以躺在床上放鬆安靜的活動，例如閱讀或視聽音樂，
有助於放鬆神經、容易進入夢鄉，且可提高隔天工作的精神狀況。本實驗 所營造之睡前休閒情境，將全般照明調整至原來亮度的35％左右並搭配 局部照明使用，將床面附近的照度提高至300lux 左右，營造出柔和的光 線，使人更容易達到放鬆的效果。下圖3-32 為所營造之睡前休閒情境實 際照片：
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圖3-32 睡前休閒情境實際照片 參、實際案例應用與分析-國立屏東教育大學
由於本研究所建置之照明控制策略可大量減少照明部分用電，故將其應用 於台灣建築中心97 年度「建築能源效率提升計畫」之入選單位-國立屏東教育 大學，藉此驗證在建築實際應用上之節能效果。
一、建築物介紹
本建築物為國立屏東教育大學之圖書館，平時使用人數約625 人，樓 地板面積約110322m2。
二、改善項目說明 i、更改舊有線路
由於國立屏東教育大學圖書館內部照明無區化管理，各開關所控制的 燈具盞數過多，若只有部分區域需要照明，就必須開啟大量燈具，造成多 餘之照明耗能。
故將其原線路置換為二線式燈控迴路，二線式燈控迴路之優點在於只 需兩條訊號線即可並聯數十個開關使用，每個開關所控制的燈具盞數可自 行規劃，故可設定多種照明模式供不同之情況使用，可減少不必要之浪費。
圖3-33 改善前之傳統燈具線路
圖3-34 改善後之二線式燈控迴路 ii、更換舊有燈具
由於圖書館內部使用燈具皆為傳統T8 燈具，效率不佳，故將其置換 成高效率T5 燈具，以減少照明耗能。
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圖3-35 既有傳統 T8 燈具
圖3-36 新加裝之 T5 燈具 iii、加裝晝光調光系統
圖書館內部公共區域裝設有大型窗戶，平時日照充足，無需過量之照 明燈光，故加裝晝光調光系統，使其能隨日照強度調整室內光源，減少不 必要之浪費。
圖3-37 圖書館內部之公共區域
圖3-38 新加裝之晝光感知器 iv、加裝紅外線自動點滅裝置
由於圖書館內部之樓梯鮮少有人滯留，故無需長時間啟動照明燈具，
故加裝紅外線自動點滅裝置，當其感應有人經過時才啟動燈具，減少不必 要之照明耗能。
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圖3-39 新加裝之紅外線自動點滅裝置 三、耗能結果分析
下列圖示為國立屏東教育大學改善前後用電資料。其中圖 3-40 為圖書館 大樓西側改善前後之用電情形，由於此大樓下午會有西曬之問題，故西側只置 換燈具無加裝晝光調光系統，節能效果約38％。圖 3-41 為圖書館大樓東側改 善前後之用電情形，有加裝晝光調光系統，節能效果約55％。
圖3-40 國立屏東科技大學圖書館 6 樓西側改善前後用電情形
圖3-41 國立屏東科技大學圖書館 6 樓東側改善前後用電情形
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