區域型
BEMS 節能網路系統之
應用分析
成果報告
內政部建築研究所委託研究報告
中華民國 100 年 12 月
區域型
BEMS 節能網路系統之
應用分析
受委託者 ：中華民國建築學會
研 究 主 持 人 ：楊冠雄
共 同 主 持 人 ：
研
究
員 ：
研 究 助 理 ：洪鑫英、蔣鎮宇、唐士傑、戴奇甫
內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 研 究 報 告
中華民國 100 年 12 月
目次
圖次 ... III 表次 ... IX 摘要 ... XI 第一章 緒論...1 第一節 研究緣起與背景...1 第二節 研究方法及過程...2 第二章 區域型BEMS 之節能策略分析...7 第一節 小學建築之現況分析...7 第二節 照明節能策略之建立...10 第三節 空調節能策略之建立...28 第四節 用電度數KWH節能策略之建立...34 第五節 用電需量KW 節能策略之建立...34 第三章 區域型BEMS 之節能策略全尺度實驗印證...39 第一節 照明燈具改善及加裝反光片之全尺度實驗印證...39 第二節 照明區劃控制之全尺度實驗印證...44 第三節 用電需量KW 節能策略之全尺度實驗印證 ...49 第四章 便利商店之節能改善分析與全尺度實驗印證...50 第一節 便利商店照明改善前之現況分析與節能策略之建立...50 第二節 便利商店空調改善前之現況分析與節能策略之建立...66 第三節 全尺度實驗印證與節能效益分析...84 第四節 小結...98 第五章 大區域整體節能網路系統之經濟效益評估...100 第一節 小學節能改善之經濟效益評估...100 第二節 便利商店節能改善之經濟效益評估...101 第三節 整體經濟效益評估...105 第六章 結論與建議...108 第一節 結論...108 第二節 建議... 110 參考文獻 ... 112 附錄一 ... 114
附錄二 ... 118
附錄三 ...124
圖次
圖 1-1. BEMS 系統區域化之研究流程圖...1 圖 1-2. 台電公司現行之電費折扣獎勵辦法...2 圖 1-3. 區域型BEMS 之節能策略全尺度實驗印證系統架構圖 ...4 圖 2-1. 82 間教室用電度數圓餅圖 ...8 圖 2-2. 82 間教室用電度數圓餅圖 ...9 圖 2-3. 全校用電度數圓餅圖...9 圖 2-4. 層板燈具實際照片...10 圖 2-5. 吸頂燈具實際照片...10 圖 2-6. 輕鋼架燈具實際照片... 11 圖 2-7. 改善前燈具現況...12 圖 2-8. 反光片實際安裝照片...12 圖 2-9. 燈具改善實際施工照片...13 圖 2-10. 改善後現況...13 圖 2-11. 改善前照明區劃示意圖...14 圖 2-12. 既有教室之3D 模擬圖 ...15 圖 2-13. 於8:00 可利用之晝光等照圖...16 圖 2-14. 於9:00 可利用之晝光等照圖...16 圖 2-15. 於10:00 可利用之晝光等照圖...17 圖 2-16. 於11:00 可利用之晝光等照圖 ...17 圖 2-17. 於12:00 可利用之晝光等照圖...18 圖 2-18. 於13:00 可利用之晝光等照圖...18 圖 2-19. 於14:00 可利用之晝光等照圖...19 圖 2-20. 改善前之照明開關...20 圖 2-21. 照明區劃重新佈線施工照片...20 圖 2-22. 新裝設之照明開關...21 圖 2-23. 照明開關線路施工實際照片1 ...21 圖 2-24. 照明開關線路施工實際照片2 ...22圖 2-25. 改善後之照明開關...22 圖 2-26. 改善後照明區劃示意圖...23 圖 2-27. 於8:00 平行窗戶照明區劃控制等照圖...24 圖 2-28. 於9:00 平行窗戶照明區劃控制等照圖...24 圖 2-29. 於10:00 平行窗戶照明區劃控制等照圖...25 圖 2-30. 於11:00 平行窗戶照明區劃控制等照圖 ...25 圖 2-31. 於12:00 平行窗戶照明區劃控制等照圖...26 圖 2-32. 於13:00 平行窗戶照明區劃控制等照圖...26 圖 2-33. 於14:00 平行窗戶照明區劃控制等照圖...27 圖 2-34. CNS 之學校照度標準 ...27 圖 2-35. 某建築空調系統過量設計之冰水主機負載率變化圖...28 圖 2-36. 各種熱源機器之性能曲線比較圖，係指X 軸 PLF 與 Y 軸 P1 之關係。單一壓縮機之 空調主機之性能曲線。對於多台壓縮機之系統仍可依據其個別壓縮機依此性能曲線進行分析。 29 圖 2-37. 冰水主機性能曲線圖...32 圖 2-38. 每日用電度數警報設定頁面...34 圖 2-39. 由監控中心進行需量限制模式之情境示意圖1 ...35 圖 2-40. 由監控中心進行需量限制模式之情境示意圖2 ...36 圖 2-41. 由監控中心進行需量限制模式之情境示意圖3 ...36 圖 2-42. 由監控中心進行需量限制模式之情境示意圖4 ...37 圖 2-43. 由監控中心進行需量限制模式之情境示意圖5 ...37 圖 2-44. 由監控中心進行需量限制模式之情境示意圖6 ...38 圖 3-1. 平均照度四點法量測公式...39 圖 3-2. 改善前之照度量測結果...40 圖 3-3. 改善後之照度量測結果...40 圖 3-4. 燈管置換前後用電需量比較圖...42 圖 3-5. 減盞後之照度量測結果...43 圖 3-6. 減盞前後用電需量比較圖...44 圖 3-7. 擴散效果較差之燈具...46
圖 3-8. 擴散效果較好之燈具...47 圖 3-9. 擴散效果較差之燈具實際量測照片...48 圖 3-10. 關閉部分燈具之用電需量比較圖...48 圖 3-11. 關閉部分燈具之每月用電度數比較圖...49 圖 3-12. 發佈用電限制命令後各校之用電需量比較圖...49 圖 4-1. 安裝舊式T8 燈具照明系統之門市照片...51 圖 4-2. 忠純門市改善前照度量測示意圖...52 圖 4-3. 天山門市改善前照度量測示意圖...52 圖 4-4. 新衙門市改善前照度量測示意圖...53 圖 4-5. 順屏門市改善前照度量測示意圖...53 圖 4-6. 崗正門市改善前照度量測示意圖...54 圖 4-7. 文信門市改善前照度量測示意圖...54 圖 4-8. 安裝新式T5 燈具照明系統之門市照片...55 圖 4-9. 臨海門市改善前照度量測示意圖...56 圖 4-10. 學源門市改善前照度量測示意圖...56 圖 4-11. 竹中門市改善前照度量測示意圖...57 圖 4-12. 農神門市改善前照度量測示意圖...57 圖 4-13. 忠純門市反光片安裝過程之實際照片...59 圖 4-14. 忠純門市反光片安裝後之實際照片...60 圖 4-15. 天山門市反光片安裝過程之實際照片...60 圖 4-16. 天山門市反光片安裝後之實際照片...60 圖 4-17. 新衙門市反光片安裝過程之實際照片...61 圖 4-18. 新衙門市反光片安裝後之實際照片...62 圖 4-19. 順屏門市反光片安裝過程之實際照片...63 圖 4-20. 順屏門市反光片安裝後之實際照片...63 圖 4-21. 崗正門市反光片安裝過程之實際照片...64 圖 4-22. 崗正門市反光片安裝後之實際照片...64 圖 4-23. 文信門市反光片安裝過程之實際照片...65 圖 4-24. 文信門市反光片安裝後之實際照片...65
圖 4-25. 天山門市改善前單週最高用電需量...66 圖 4-26. 天山門市改善前未修正之空調平日用電需量...66 圖 4-27. 天山門市改善前空調平日用電需量...67 圖 4-28. 天山門市改善前空調假日用電需量...67 圖 4-29. 崗正門市改善前單週最高用電需量...68 圖 4-30. 崗正門市改善前空調平日用電需量...68 圖 4-31. 崗正門市改善前空調假日用電需量...68 圖 4-32. 忠純門市改善前單週最高用電需量...69 圖 4-33. 忠純門市改善前空調平日用電需量...69 圖 4-34. 忠純門市改善前空調假日用電需量...69 圖 4-35. 新衙門市改善前單週最高用電需量...70 圖 4-36. 新衙門市改善前空調平日用電需量...70 圖 4-37. 新衙門市改善前空調假日用電需量...70 圖 4-38. 忠純門市改善前空調系統加載說明...71 圖 4-39. 我國便利超商分級制度評分表...73 圖 4-40. 我國電力負載曲線圖...74 圖 4-41. 空調節能控制系統架構圖...75 圖 4-42. 天山門市控制箱體安裝...76 圖 4-43. 天山門市電表CT 之裝設...76 圖 4-44. 天山門市控制箱體安裝完成...77 圖 4-45. 天山門市紅外線學習控制模組之裝設...77 圖 4-46. 天山門市紅外線學習控制模組安裝完成...77 圖 4-47. 忠純門市控制箱體安裝...78 圖 4-48. 忠純門市電表CT 之裝設...78 圖 4-49. 忠純門市控制箱體安裝完成...79 圖 4-50. 忠純門市紅外線學習控制模組之裝設...79 圖 4-51. 忠純門市紅外線學習控制模組安裝完成...79 圖 4-52. 新衙門市控制箱體安裝...80 圖 4-53. 新衙門市電錶CT 之裝設...80
圖 4-54. 新衙門市控制箱體安裝完成...81 圖 4-55. 新衙門市紅外線學習控制模組之裝設...81 圖 4-56. 新衙門市紅外線學習控制模組安裝完成...81 圖 4-57. 崗正門市控制箱體安裝...82 圖 4-58. 崗正門市電表CT 之裝設...82 圖 4-59. 崗正門市控制箱體安裝完成...83 圖 4-60. 崗正門市紅外線學習控制模組之裝設...83 圖 4-61. 崗正門市紅外線學習控制模組安裝完成...83 圖 4-62. 忠純門市改善後照度量測示意圖...84 圖 4-63. 新衙門市改善後照度量測示意圖...85 圖 4-64. 天山門市改善後照度量測示意圖...85 圖 4-65. 崗正門市改善後照度量測示意圖...86 圖 4-66. 文信門市改善後照度量測示意圖...86 圖 4-67. 順屏門市改善後照度量測示意圖...87 圖 4-68. 天山門市照明減盞照度模擬圖...89 圖 4-69. 崗正門市照明減盞照度模擬圖...90 圖 4-70. 順屏門市照明減盞照度模擬圖...90 圖 4-71. 文信門市照明減盞照度模擬圖...91 圖 4-72. 新衙門市照明減盞照度模擬圖...91 圖 4-73. 忠純門市照明減盞照度模擬圖...92 圖 4-74. 天山門市改善前後用電需量比較圖...94 圖 4-75. 天山門市改善前後空調單日用電度數比較圖...94 圖 4-76. 忠純門市改善前後用電需量比較圖...95 圖 4-77. 忠純門市改善前後空調單日用電度數比較圖...95 圖 4-78. 崗正門市改善前後用電需量比較圖...96 圖 4-79. 崗正門市改善前後空調單日用電度數比較圖...96 圖 4-80. 新衙門市改善前後用電需量比較圖...97 圖 4-81. 新衙門市改善前後空調單日用電度數比較圖...97
表次
表 2-1. 每間科任級任教室主要耗能設備表...7 表 2-2. 每間行政辦公室主要耗能設備表...7 表 2-3. 82 間教室各設備耗能表 ...8 表 2-4. 24 間教室各設備耗能表 ...8 表 2-5. 全校各設備耗能表...9 表 2-6. 模擬晝光照度之模擬條件：...14 表 2-7. 照明區劃後之模擬條件...23 表 2-8. 某飯店之不同主機搭配組合耗電量統計...30 表 2-9. 經濟部能源局公告之冰水主機耗能標準...32 表 3-1. 改善前後照度比較表...41 表 3-2. 減盞前後照度比較表...43 表 3-3. 11:00 ～ 13:00 照度量測數據...44 表 3-4. 實際量測值與電腦模擬值之差異...45 表 3-5. 燈具擴散效果優劣之照度比較表...48 表 4-1. 投入設備成本表...錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-2. 照明設備改善前之每月用電費用...錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-3. 照明設備改善後之每月用電費用...錯誤! 尚未定義書籤。
摘要
關鍵詞：HEMS，AMI，雙向調控
一、 研究緣起
本研究於99 年度第一期計畫中進行 HEMS 與 AMI 系統進行整合，建立單 一家庭之AMI+HEMS 系統顯示平台之基本架構，具遠端監控、自動讀錶及自供 電端實施電力負載控制之功能，並導入空調、照明兩大系統之電力卸載策略，經 全尺度實驗結果顯示，可獲得15％~40％不等之省能效果。 其中，間接互動式需量控制為一能使供電端與用戶端實施電力負載控制之節 能策略；當電力負載過大時，供電端對用電端發佈卸載命令，通知用電端進行電 力卸載;於用戶端實施電力卸載進行時，空調系統會依照 PMV 理論進行調控，使 卸載時室內熱舒適度仍能維持一定水準。此一控制能幫助供電端降低於尖峰電力 之需求，減少發電成本；再透過回饋電價之方式，使參與需量卸載服務之用戶端 能得到電價折扣，為一雙贏之策略 於本(100)年度計畫中，進一步推動，將 AMI+HEMS 系統進行更大區域之 BEMS 系統推進,導入我國校園計畫中之校園已裝設 AMI 電錶與基本 BEMS 系 統者，逐步建立一區域化之BEMS 系統能源監控架構。依照我國台電公司現行 之電價結構，建立電力需量(kW)與流動電量(kWh)之節能策略，並加以實驗印 證，進行可行性與經濟效益分析，此即為本計畫之主旨與目標所在。二、 研究方法與過程
本計畫之主旨將進行BEMS 系統之區域化研究，開發適用之智慧型運轉策 略，建構智能電網（Smart Grid）之資訊平台基本架構，並經由全尺度實驗加以 印證。 其主要之工作內容共分為3 大項：區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 1.區域型 BEMS 之節能策略分析 一般家庭及如小學等較小型之用電系統，本身整體電力負載量不大，實施需 量控制(kW)以達到節約運轉電力之潛力較小；然而，當形成集合住宅或更大區 域時，則其進行需量反應(Demand Response，簡稱 DR)，所能提供區域電力輸配 之合理化與最佳化之貢獻度則不容小覷。因此，如何依據台灣電力公司之電價結 構，以建立各種可行之大區域BEMS 節能策略極為重要。 2.區域型 BEMS 之節能策略全尺度實驗印證 本項工作將選取教育部已於99 年度建置完成之 32 所中小學校園能源資訊平 台，進行全尺度實驗印證分析。 3.大區域整體節能網路系統之經濟效益評估 上述策略經進行全尺度實驗並監控其節約能源情形，透過圖表化分析可印證 電力需量(kW)與流動電量(kWh)運轉策略之節能效益，以作為後續全面推廣之重 要參考依據。 同時，對於進行上述策略之所需軟硬體設備之投入成本及所能獲致之經濟效 益進行評估，以作為後續推廣應用之依據。
第一章 緒論
第一節 研究緣起與背景
第一年期計畫已完成AMI+HEMS 系統於單一家庭環境下之運轉實驗印證。 其結果顯示透過AMI 之雙向通訊功能與空調、照明等子系統節能策略之導入， 可獲致15％~40％不等之省能效果。 本年度計畫之主旨為將先期之成果擴大範圍加以應用，進行BEMS 系統區 域化之研究；依照現行台灣電力公司之電價結構，及相關之優惠措施，嘗試開發 適用於社區型BEMS 系統之運轉模式；同時，選取教育部 32 所小學，已導入智 慧型電錶及基本之BEMS 系統者，測試進行自供電端實施區域型節能策略之可 行性，而達到大區域節能減碳之目標。 本計畫主要工作內容共分為三大項： 1. 區域型 BEMS 之節能策略分析 2. 區域型 BEMS 之節能策略全尺度實驗印證 3. 大區域整體節能網路系統之經濟效益評估 本計劃之實施方法與步驟可示如下流程圖進行: 圖1-1. BEMS 系統區域化之研究流程圖區域型BEMS 節能網路系統之應用分析
第二節 研究方法及過程
本計畫之主旨將進行BEMS 系統之區域化研究，開發適用之智慧型運轉策 略，建構智能電網（Smart Grid）之資訊平台基本架構，並經由全尺度實驗加以 印證。 其主要之工作內容共分為3 大項： 1.區域型 BEMS 之節能策略分析 一般家庭及如小學等較小型之用電系統，本身整體電力負載量不大，實施需 量控制(kW)以達到節約運轉電力之潛力較小；然而，當形成集合住宅或更大區 域時，則其進行需量反應(Demand Response，簡稱 DR)，所能提供區域電力輸配 之合理化與最佳化之貢獻度則不容小覷。因此，如何依據台灣電力公司之電價結 構，以建立各種可行之大區域BEMS 節能策略極為重要。 另一方面，台灣電力公司現行之電力優惠措施，則形成控制之目標(Object Function)，包含： z 用電度數 kWh 之節能策略： ¾ 台電公司對於用戶較去年同月份比對更為省電者給予電費 8 折之優惠。 ¾ 若為更大區域之縣市比賽，所節約之用電度數為各縣市前三名者，則台 電最高給予6.5 折之優惠。 圖1-2. 台電公司現行之電費折扣獎勵辦法z 用電需量 kW 之節能策略 ¾ 用戶端運用 BEMS 系統進行能源監控與自主管理，於即將超約時，進 行卸載之程序；或於長期運轉後，檢視所申請之電力需量之合理性，而 獲得基本電費之節約。 ¾ 於尖峰用電負載過高時，監控中心發佈需量卸載命令給各用戶單位，參 與需量卸載者給予電價折扣之獎勵。 上述之電費優惠措施,皆可由區域型 BEMS 系統發展具體可行之反應策略藉 由AMI 智慧電錶之溝通而達成。 原則上，區域型BEMS 之整體架構類同於 AMI+HEMS 系統，而調控之建築 耗能設備則為龐大；包含: 空調系統、照明系統及動力系統。且電力需量(KW) 及流動電量(KWH)二者皆具備同等重要之比重。 可行之需量反應策略包含: 過量冰水主機之運轉調控策略 空調主機台數控制 高效主機先發 空調冰水回水溫度控制及卸載次序之建立等，皆將於本工作項目內進行開 發。 舉例而言，當空調主機負載變動時，傳統監控方式仍然堅持控制固定之供應 冰水溫度，一般約為7℃，此於夏季尖峰負載時，回水溫度將可達 12℃，維持 5 ℃之溫差。然而，於春秋季或冬季等較低負載之空調狀況下，空調回水溫度卻只 能維持9℃-10℃間，因此只有 2℃-3℃之溫差。 本計劃將建立創新之控制模式，經由迴歸分析建立冰水主機隨空調負載之變 化而調變其冰水供應溫度之策略。 2.區域型 BEMS 之節能策略全尺度實驗印證 本項工作將選取教育部已於99 年度建置完成之 32 所中小學校園能源資訊平
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 台，進行全尺度實驗印證分析，其具體作法為： 經由各校所建立之BEMS 資訊平台，記錄分析目前之用電現況，並隨時與 去年同期之耗電情況進行比對分析，再敦促各校及時採取必要之節能措施，以控 制於該月份或該年度用電之「配額」內，而達到電費零成長之具體目標。 舉例而言，若學校去年5 月總耗電量為 10,000 度電；則當今年 5 月 7 日(一 星期)時，若已累積之用電量已達 3,000 度電，顯然已超過了當月份該週之配額， 亦即整月份之25%，則 BEMS 系統即會發出警訊，而學校則須趕緊採行空調、 照明、及動力之節能措施以求補救，而達到當月用電零成長之境界，獲得台電公 司電費打八折之具體回饋。 此種預測型之控制方式，遠非目前之回饋型控制方式所能及。前者可於過程 中，隨時視情況進行必要之調控手段，後者則只能在事後收到電費單時才知道， 時機上已太晚。本項概念，事實上極類似於上市公司進行該年度之財務預測。假 設，今年預計達成年成長10%之目標，則第一季是否達到成長 2.5%，第二季(半 年)是否累積達到 5.0%等，皆成為管控極佳之標竿值。因此，本計畫將此概念移 植於校園耗能之管控上藉由區域型BEMS 系統來運作，具極高之工程可行性。 圖1-3. 區域型BEMS 之節能策略全尺度實驗印證系統架構圖
3.大區域整體節能網路系統之經濟效益評估 上述策略經進行全尺度實驗並監控其節約能源情形，透過圖表化分析可印證 電力需量(kW)與流動電量(kWh)運轉策略之節能效益，以作為後續全面推廣之重 要參考依據。 同時，對於進行上述策略之所需軟硬體設備之投入成本及所能獲致之經濟效 益進行評估，以作為後續推廣應用之依據。 上述三項工作即為本計畫之主要內容所在。
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析
ABSTRACT
It is the goal of this project to integrate the HEMS and the AMI system to probe the feasibility of implementing larger scale district Demand side Management and energy conservation strategies. It extended the research result during the first phase of study, by integrating the existing BEMS systems installed during the 32 Campus project via internet, to evaluate the performances of the system when AMI meters were add-on, and validate its effectiveness see whether the low carbon and no energy building goal can be reached.
The main theme of this project can be classified into the following 5 items:
1. Establishment of the energy conservation strategies for district BEMS systems.
2. Full-scale experimental investigation of district BEMS system performances using the 32 Campus projects as a platform
3. Economic Evaluation of the effectiveness of district BEMS systems The procedure can be plotted as the following flow chart as shown in figure 1:
It is expected that through the execution of this second phase project, a systematic feasibility study of district BEMS systems can be conducted, and validated with full-scale experiment. It will establish for the BEMS systems a new milestone for Smart Grid research. In addition, it can strive forward for the application of larger scale district energy management and to establish a strong background in responding to the Intelligent Green Buildings strategies promoted by the Executive Yuen.
第二章 區域型
BEMS 之節能策略分析
於此工作項目，本研究將以高雄市加昌國小為例，調查我國小學建築各項用 電所佔之比例，並藉由此調查結果，針對其照明、空調系統等主要用電，擬定可 行之節能策略，並進行全尺度實驗印證。其主要工作內容如下：第一節 小學建築之現況分析
1. 建築物介紹：加昌國小位於高雄市楠梓區，校地面積約 23219m2，校內建築 有敬業樓、誠正樓、知心數、行善樓與行政大樓五棟大樓，學 生人數約2167 人。 2. 耗能設備介紹：目前校內之主要耗能空間可分為下列二種： z 教室：共有 82 間，主要耗能設備如下表所示： 表2-1. 每間科任級任教室主要耗能設備表 科任級任教室 數量（個） 耗電量（W） 照明 20 38 風扇 6 90 電腦 1 300 電視 1 75 z 辦公室：共 24 間，主要耗電設備如下表所示： 表2-2. 每間行政辦公室主要耗能設備表 行政辦公室 數量（個） 耗電量（W） 照明 18 38 風扇 6 90 電腦 4 300 冷氣機 1 1600 3. 整體耗能現況分析：教室、辦公室建築及全校之耗能現況如下所示： z 教室：82 間教室各設備耗能表及用電度數圓餅圖如下所示：區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 表2-3. 82 間教室各設備耗能表 教室 耗電量 W 數量 每日工 作時數 每日用 電度數 kWh 每月工 作天數 每月用 電度數 kWh 照明 38 1640 8 498.56 20 9971.2 風扇 90 492 8 354.24 20 7084.8 電腦 300 100 8 240 20 4800 電視 75 82 3 18.45 20 369 總計 22225 照明 45% 風扇 32% 電腦 21% 電視 2%
教室用電度數圓餅圖
圖2-1. 82 間教室用電度數圓餅圖 z 辦公室：24 間辦公室各設備耗能表及用電度數圓餅圖如下所示： 表2-4. 24 間教室各設備耗能表 辦公室 耗電量 W 數量 每日工 作時數 每日用 電度數 kWh 每月工 作天數 每月用 電度數 kWh 照明 38 432 8 131.328 20 2626.56 風扇 90 144 8 103.68 20 2073.6 電腦 300 35 8 84 20 1680 冷氣機 1600 11 1 17.6 20 352 電冰箱 3 126總計 6858.16 圖2-2. 24 間辦公室用電度數圓餅圖 z 全校：全校各設備耗能表及用電度數圓餅圖如下所示： 表2-5. 全校各設備耗能表 全校用電 每月用電度數kWh 照明 12597.76 空調 352 其他電力 16133.4
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 由上述之耗能分析可知，目前小學之主要用電多為照明用電，約佔學校用電 之40%以上，因此，本研究將建立適用於我國小學建築之照明節能策略，提高 燈具之效率及減少照明耗能，並建立良好之照明區劃控制，使其於進行電力需量 卸載策略時，能在不影響小學生上課之情況下，達到最佳節能效果 於空調系統方面，由於小學內空調耗電所佔之比例極小，且不常使用，因此， 本研究將以我國大型建築為例，建立冰水主機台數控制與高性能主機先發之空調 節能策略。 上述策略將成為執行需量反應卸載時可行之控制模式。
第二節 照明節能策略之建立
本研究於此工作項目所建立之照明節能策略如下： 1. 照明燈具之改善及加裝反光片： 目前市售之傳統螢光燈燈具大致上可分為下列幾種： (1) 層板燈具：較簡易之燈具，燈管外無任何反光片包覆，燈管光源任意散射。 圖2-4. 層板燈具實際照片 (2) 吸頂燈具：如山型燈等，燈管周圍有簡易反光片之設計，可反射部分光源， 但材質大多為外表烤漆之金屬，反光效果差。 圖2-5. 吸頂燈具實際照片(3) 輕鋼架燈具：燈管周圍有鋁製反光片，反光效果較佳。 圖2-6. 輕鋼架燈具實際照片 上述之三種燈具，其最大之共同在於，皆無較佳之背反光片。由於螢光燈管 點亮時，其光源會向四周散射，若裝設於傳統燈具上，會導致部分光源散於天花 板上，產生不必要之浪費。 因此，本研究於此工作項目將進行提昇燈具效率之改善，於既有之T8 38W 普通燈管制換成T8 32W 三波長燈管，並加裝反光片，將散射於天花板之光源導 回工作面上，進行有效之利用，預計約可提昇20%~30%之照明效果，其反光片 實際安裝照片如下所示：
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析
圖2-7. 改善前燈具現況
圖2-9. 燈具改善實際施工照片
圖2-10. 改善後現況
2. 照明區劃控制晝光利用策略之建立：
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 欄，燈具之區劃控制與黑板平行，如下圖所示。此種照明區劃設計，當早晨有良 好之晝光時，無法關閉靠窗之照明燈具，導致外周區照明過量之情形，更增加了 不必要之耗能。 圖2-11. 改善前照明區劃示意圖 本研究將上述之實際建築建立3D 模型，進行照明電腦模擬分析，模擬在未 開燈情況下可利用之晝光照度，經模擬結果顯示，既有之建築由於兩側裝設大型 窗戶，故於早晨陽光充足時，外周區照度相當高，約750 lux ~2200 lux，其模擬 結果如下所示： 表2-6. 模擬晝光照度之模擬條件： 1. 建築物方位： 黑板面向北 2. 天氣狀態： 陰天 3. 時間： 8:00~14:00 4. 燈具種類： 無
5. 教室大小： 9.8m × 7.25m × 3.7m
6. 工作面高度： 0.86m（小學生書桌高度）
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析
圖2-13. 於 8:00 可利用之晝光等照圖
圖2-15. 於 10:00 可利用之晝光等照圖
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析
圖2-17. 於 12:00 可利用之晝光等照圖
圖2-19. 於 14:00 可利用之晝光等照圖
因此，本研究將既有照明區劃重新佈線，使每盞燈具皆可獨立開關，可因應 不同使用情況進行照明控制，其實際施工情形如下所示：
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析
圖2-20. 改善前之照明開關
圖2-22. 新裝設之照明開關
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析
圖2-24. 照明開關線路施工實際照片 2
本研究進行改善後之照明電腦模擬分析，模擬在平行窗戶之照明區劃控制 下，教室開啟部分燈光下之照度，經模擬結果顯示，於早晨外周區照度較高之情 況下，即使關閉靠窗之照明，其照度依然維持在650 lux 左右，其模擬結果如下 所示： 表2-7. 照明區劃後之模擬條件 1. 建築物方位： 黑板面向北 2. 天氣狀態： 陰天 3. 時間： 8:00~14:00 4. 燈具種類： 865 三波長燈管 5. 教室大小： 9.8m × 7.25m × 3.7m 6. 工作面高度： 0.86m（小學生書桌高度） 圖2-26. 改善後照明區劃示意圖
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析
圖2-27. 於 8:00 平行窗戶照明區劃控制等照圖
圖2-28. 於 9:00 平行窗戶照明區劃控制等照圖
圖2-29. 於 10:00 平行窗戶照明區劃控制等照圖
圖2-30. 於 11:00 平行窗戶照明區劃控制等照圖
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析
圖2-31. 於 12:00 平行窗戶照明區劃控制等照圖
圖2-32. 於 13:00 平行窗戶照明區劃控制等照圖
圖2-33. 於 14:00 平行窗戶照明區劃控制等照圖 依照CNS 之照度標準規範，學校教室之照度需維持於 500 lux~700 lux，而 修正照明區劃後9:00~14:00 模擬結果皆符合上述之標準，若於此時程關閉靠窗之 燈具，將可節省部分照明用電，可行性極高。 圖2-34. CNS 之學校照度標準
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析
第三節 空調節能策略之建立
1. 主機台數控制之改善略
於空調系統設計階段，一般皆以最嚴酷氣候條件下進行尖峰空調負載計算 (Peak Cooling Load)，以之作為選取系統容量之依據，且加上未正式使用新建 築物內部機具的發熱量，無法正確估算熱負荷。而建築之空調系統設計者為了防 止空調容量設計不足，再配合工程裕度之容量，往往使主機超量設計 (Over Size Design)。造成於一年之中，尤其是佔絕大部分運轉時數的春、秋季節 (或 稱中間季)，空調主機長期運轉於低的部份負載率 ( Partial Low Factor，簡稱 PLF)，如下圖所示。 圖2-35. 某建築空調系統過量設計之冰水主機負載率變化圖 若空調系統之冰水主機容量採取單一大容量主機之設計方式，當負載率偏低 時，空調主機的運轉效率 (kW/RT)將隨之大打折扣，導致能源耗用量 (耗電量) 大增，不但主機效率大減，甚至將導致湧浪 (Surging)現象，對主機機件造成 損害。下圖為不同冷凍之標準性能曲線，由圖顯示冰水主機在較低之負載情形下 用之用電情形是較耗能的。
圖2-36. 各種熱源機器之性能曲線比較圖，係指 X 軸 PLF 與 Y 軸 P1 之關係。單一 壓縮機之空調主機之性能曲線。對於多台壓縮機之系統仍可依據其個別壓縮機依 此性能曲線進行分析。 為解決此項問題，經由在不同季節不同負載率下建立智慧型主機台數運轉策 略，使其運轉於良好的狀況點，進行「合理化主機容量設計組合，以形成主機台 數運轉控制策略」為節能之不二法門。 簡單來說，舉例而言若某建築物依DOE 2.1 程式電腦模擬精算及實際量測 之後，總空調負荷於夏季為580RT。春秋季白天之空調需求量為 500RT，夜間 則約為300RT。冬季為 150RT 左右。 依傳統空調設計方式進行時，本棟建築物之空調負荷將選取600RT 之冰水 主機總容量，但此建築物卻設置了總容量為1100RT (400RT x 2 及 300RT x 1)之冰水主機設備，明顯是為超量設計，使得主機設備長期運轉於低效率低負載 的狀況下，大量浪費能源。 若以此案例為藍本重新設計空調冰水主機設備，以下即有數種設計組合方 式： z A 案：選取冰水主機 300RT x 2 台 z B 案：選取冰水主機 400RT x 1 台及 200RT x 1 台 z C 案：選取冰水主機 300RT x 1 台及 150RT x 2 台
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 上述ABC 三案，經由 DOE2.1 電腦模擬與精算可選取全年間運轉耗電量最 小之組合，而成為系統之最佳化設計。同時，再經由依據各不同季節及負載情況 變化而擬定出智慧型之運轉策略。如此不但大量消除了原先過量設計之後遺症， 且經由智慧型之空調主機運轉台數控制而達到節約能源之目的，形成雙贏的結 果。 今以一大型五星級觀光旅館為例，進行全尺度實驗量測以印證其主機台數控 制策略之省能效果。該飯店的空調主機共有四台，其中二台為1000RT，二台為 450RT，依空調負荷的變化，調整空調主機的運轉台數。 根據下表之統計結果，若該飯店僅設置一台2000 RT 的空調主機，則在實 測的空調負荷狀況下，其耗電量為22949.6kWh。但若改為二台 1000 RT 的 空調主機，並進行台數控制，耗電量下降為21975.9kWh，節省了 973.5kWh， 約省了4.2％(973.5/22949.4)，若改為一台 1000RT 及二台 450 RT 的空調 主機，並依先開450 RT，主機再開 RT 主機的方式進行台數控制則耗電降為 22836.9kWh，節省了 112.5kWh(約 0.5％)。若改為先開 1000RT 主機再開 450RT 的台數控制方式，其耗電量降為 22488.9kWh 節省了 460.5kWh(約 2.1％)。 表2-8. 某飯店之不同主機搭配組合耗電量統計 主機耗電 節省耗電 2000RT 1000RT 450RT × 2 + 1000RT × 1 + 1000RT × 1 + 4500RT × 2 + 1000RT × 1 + 時間 × 1 (kWh) × 2 (kWh) 1000RT × 1 450RT × 2 × 2 1000RT × 1 450RT × 2 (kWh) (kWh) (kWh) (kWh) (kWh) 00:00 625.8 501.9 525.4 501.9 123.9 100.4 123.9 01:00 628.0 504.5 528.8 504.5 123.6 99.2 123.6 02:00 631.2 508.1 533.9 508.1 123.0 97.3 123.0 03:00 617.2 491.9 511.5 491.9 125.3 105.7 125.3 04:00 606.5 479.6 495.0 479.6 126.9 111.5 126.9 05:00 653.2 534.1 580.3 534.1 119.1 73.0 119.1 06:00 711.0 633.4 657.8 616.5 77.6 53.2 94.4 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
21:00 1201.8 1201.8 1254.4 1254.4 0.0 -52.6 -52.6 22:00 990.8 990.8 1005.9 995.1 0.0 -15.1 -4.3 23:00 781.3 781.3 765.0 728.4 0.0 16.3 52.9 合計 22949.4 21975.9 22836.9 22488.9 973.5 112.5 460.5 從分析的結果顯示，二台450 RT 及一台 1000 RT 的搭配組合非白天高負 荷率的時段中，並未發生預期的省電效果，反而發生較耗電的效果這是因為450 RT 的主機其效率較 1000 RT 的效率差的緣故，而並非台數控制之不當。此於 長期依據人工判斷與進行主機群運轉之我國空調界，更是無從判定而進行良好之 運轉策略，具備極大之改善空間。 主機台數控制之改善略可行之方式為: Step 1:經由 BEMS 讀入各類型主機運轉數據並建立性能曲線 將各類型主機之耗電量 P1、冷凍能力 Q1 及負載率 PLF 進行迴歸分析， 並繪製成如下圖所示之性能曲線圖。 Step 2: 經由 BEMS 建立最佳化主機台數控制運轉表 經由各季之空調負荷曲線，配合所需之總冷凍能力，而經由主機台數之匹 配，求取在PLF 接近 80%之組合。並作為 BEMS 藉以選取執行之主要依據。 PLF 是只單一主機。滿載 PLF 乃指額定運轉電流及電功率。雖然主機耗能 會受外氣溫濕度、冷凝器骯髒程度等因素影響，但是國際間ARI 550 規範有明 確定義主機測試時之標準狀態。因此，此種標準測試與現場測試間存在一定程度 之誤差。BEMS 平台所測得者將為現場測試值，依據 ARI 550 測試者則通成為 廠測值，只做為新建工程驗收使用。ARI 550 之廠測值乃出廠報告時使用，iEN 平台所測值乃現場實測值，受外界氣候影響。如下圖所示為外氣溫度為27 度時， 其主機耗電量與其負載率之關係。
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 圖2-37. 冰水主機性能曲線圖 Step 3:建立主機台數控制之智慧型運轉策略 z 於完整之 BEMS 資料庫中，依據各季之空調負載情況，並擬定對應之主機 容量 z 依此主機容量進行選取 PLF 接近 80%之組合，如此便可消除過量設計之耗 電量(KWH)及需量(KW)，並使主機負載皆為 80%以上，而達到運轉最佳 化之目的。 2. 高性能主機先發之改善策略 主機群組中各單機之效率隨著其容量，使用年份，及形式（如離心式，螺旋 式，及往復式等）而有相當大之差異。其標準之耗能值可參考經濟部能源局標準 之耗能標準，如下表所示： 表2-9. 經濟部能源局公告之冰水主機耗能標準
經濟部能源局民國92年1月1日所頒佈之 空調主機能源效率標準 執行階段 第一階段 第二階段 實施日期 民國九十二年一月一日 民國九十四年一月一日 型 式 冷卻能力等 級 能源效率比 值(EER) kcal/h-W 性能係數 (COP) 能源效率比值 (EER) kcal/h-W 性能係數 (COP) 水冷式 容積式 <150RT 3.5 4.07 3.83 4.45 ≧150RT 3.6 4.19 4.21 4.9 壓縮機 ≦500RT >500RT 4 4.65 4.73 5.5 離心式 <150RT 4.3 5 4.3 5 ≧150RT 4.77 5.55 4.77 5.55 壓縮機 <300RT ≧300RT 4.77 5.55 5.25 6.1 冷氣式 全機種 2.4 2.79 2.4 2.79 因此，若能將不同性能之主機加以調配，使高效率之主機先發，則可獲得節 能效果。此道理與棒球比賽時以王建民作為先發投手為同樣道理。本策略亦為在 極小之改善工程投資上卻能獲得顯著之成效，值得進一步開發。 高性能主機先發之改善策略可行之方式為: Step 1:讀入各主機之下列數據 z 主機冰水出水溫度 T1(0C) z 主機冰水回水溫度 T2(0C) z 主機冰水主幹管流量 M1(LPM) z 主機耗電量 P1(KW) Step 2:進行各主機之冷凍能力計算 z 冷凍能力 Q1=M1*Cp*(T2-T1) Step 3:進行各主機之 COP 計算 z COP=Q1/P1 Step 4:記錄各冰水主機之 COP 並選取最高者作為優先加載之對象
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 Step 5:建立各主機運轉次序 將各主機COP 及 Q1 進行排序，經由冰水回水溫度之變化，進行次一主機 之加載，而形成主機運轉次序表，由BEMS 自動執行。
第四節 用電度數
kWh 節能策略之建立
當月電力零成長策略之建立，其主要控制邏輯為，當用戶用電度數即將超過 去年同月份之用電度數時，即發出警報通知用戶進行卸載。如下圖所示，例如， 某學校之去年七月之用電度數為100kWh，一個月以工作 20 天計算，代表每 天不得用超過5 kWh，將設定值設定為 5 kWh，當用電度數超過 4.5 kWh 時， 則表示接近超約之警訊成立，BEMS 平台發出警報通知用戶進行調控卸載。 圖2-38. 每日用電度數警報設定頁面第五節 用電需量
kW 節能策略之建立
本用電需量限制模式除傳統控制模式限制用電需量為某一設定值外，亦可透 過監控中心之BEMS 系統直接發送命令給各用之 BEMS 系統，進行需量限制之 模式，其具體做法如下，例如，今日監控中心之管理人員發現有某幾間小學耗電 量異常增加，可能會被超約罰款，因此，通知各校進行需量卸載，避免超約，其運作模式如下所示： 情境1： 監控中心於某一天發現各校用電需量偏高時，通知各校進行需量卸載。 圖2-39. 由監控中心進行需量限制模式之情境示意圖 1 情境2： 監控中心發佈卸載命令後，各校節能網路資訊平台會顯示如下之圖示。
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 圖2-40. 由監控中心進行需量限制模式之情境示意圖 2 情境3： 各校接獲卸載通之後，回覆監控中心參與卸載。 圖2-41. 由監控中心進行需量限制模式之情境示意圖 3 情境4： 各校回覆後，監控平台顯示有回應發佈卸載命令之學校。
圖2-42. 由監控中心進行需量限制模式之情境示意圖 4 情境5： 用電設備卸載後，各校電需量回覆正常值，監控中心解除需量卸載命令。 圖2-43. 由監控中心進行需量限制模式之情境示意圖 5 情境6：
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 監控中心解除需量卸載命令後，各校節能網路資訊平台會顯示如下之圖示， 並可進行用電設備之復歸。 圖2-44. 由監控中心進行需量限制模式之情境示意圖 6 目前上述發送需量限制信息之功能，可透過網際網路傳送警報訊息，或是藉 以手機通訊發送警報簡訊，以告知若是BEMS 資訊平台管理者不在現場時，也 能同步收到電力即將超約之通知，不僅確保系統管理者掌握電力需量即時狀況， 且能有效管控用戶之電力負載需求。
第三章 區域型
BEMS 之節能策略全尺度實驗印證
本研究於上一章節之工作項目中，已建立可行之區域型BEMS 節能策略， 於此工作項目中將進行上述策略之全尺度實驗印證，並分析其節能效益，其主要 工作內容如下：第一節 照明燈具改善及加裝反光片之全尺度實驗印證
此實驗可分為改善前後之照度量測及燈具之節能效益分析，其實驗結果如 下： 1. 改善前後之照度量測： z 量測地點：加昌國小 z 量測環境與時間：7/25 11:00 z 量測時之天氣：晴 z 量測方法：平均照度四點法，公式如下所示： 圖3-1. 平均照度四點法量測公式區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 z 量測結果：如下所示 ¾ 改善前之照度量測結果： 圖3-2. 改善前之照度量測結果 ¾ 改善後之照度量測結果： 圖3-3. 改善後之照度量測結果
¾ 改善前後之平均照度比較： 將上述之量測結果，利用平均照度四點法之公式計算期平均照度 值，進行改善前後之照度比較，其結果如下表所示： 表3-1. 改善前後照度比較表 量測參數 改善前lux 改善後lux 照度提昇率% M 2 2 N 2 2 隅點照度E□1 601 721 隅點照度E□2 643 743 隅點照度E□3 565 713 隅點照度E□4 597 714 邊點照度Eᇞ1 677 731 邊點照度Eᇞ2 689 826 邊點照度Eᇞ3 658 801 邊點照度Eᇞ4 609 725 內點照度E○ 724 926 平均照度E 660.5 797.6
20.7
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 2. 改善前後之燈具節能效益分析 z 燈管置換之節能效益分析： 燈管置換前後之節能效益如下所示： 圖3-4. 燈管置換前後用電需量比較圖 z 燈管減盞之節能效益分析： 依照CNS 之學校教室照度規範，其照度範圍為 500 lux~700 lux，加裝反光 片後之平均照度約797.6 lux，高於 CNS 之照度規範，因此，本研究將教室兩側 之燈具，各拆除1 根燈管，進行全尺度實驗印證，量測燈具減盞後之照度及節能 效益，結果如下所示：
圖3-5. 減盞後之照度量測結果 表3-2. 減盞前後照度比較表 量測參數 減盞前lux 減盞後lux 照度提昇率% M 2 2 N 2 2 隅點照度E□1 721 542 隅點照度E□2 743 559 隅點照度E□3 713 535 隅點照度E□4 714 536 邊點照度Eᇞ1 731 550 邊點照度Eᇞ2 826 626 邊點照度Eᇞ3 801 606
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 邊點照度Eᇞ4 725 545 內點照度E○ 926 706 平均照度E 797.6 602.9
-24.4
圖3-6. 減盞前後用電需量比較圖第二節 照明區劃控制之全尺度實驗印證
本研究於此工作項目將進行有晝光可利用時關閉部分燈具之全尺度實驗與 模擬結果之比對分析，及關閉部分燈具之節能效益分析，其實驗結果如下： 1. 有晝光可利用時關閉部分燈具之全尺度實驗印證： z 量測地點：加昌國小 z 量測環境與時間：7/26 11:00 ～ 13:00 z 量測時之天氣：晴 z 量測方法：平均照度四點法 z 量測結果：如下所示 表3-3. 11:00 ～ 13:00 照度量測數據量測參數 11:00 lux 12:00 lux 13:00 lux M 2 2 2 N 2 2 2 隅點照度E□1 535 512 370 隅點照度E□2 400 354 331 隅點照度E□3 398 387 372 隅點照度E□4 423 391 360 邊點照度Eᇞ1 550 609 558 邊點照度Eᇞ2 438 392 374 邊點照度Eᇞ3 605 620 572 邊點照度Eᇞ4 424 407 320 內點照度E○ 638 703 645 平均照度E 521.4 532 478.8 表3-4. 實際量測值與電腦模擬值之差異
量測參數 11:00 lux 12:00 lux 13:00 lux
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 平均照度E 電腦模擬 平均照度E 700 750 700 z 實驗誤差分析： 由上表量測結果可知，實際量測值與電腦模擬值有明顯之差異，其主要影響 之原因可能為燈具外型因素，如下圖所示。下圖為加昌國小目前所示用之燈具， 此燈具之燈罩設計較為凸出，可有效集中光源，但光源擴散面積小，導致邊點與 隅點照度之降低，造成平均實際量測照度下降。 圖3-7. 擴散效果較差之燈具 本研究利用其他光源擴散效果較好之燈具，與既有之燈具進行比較，比較其 擴散效果優劣之差異性，其結果如下所示：
圖3-8. 擴散效果較好之燈具
圖 3‐8. 擴散效果較好之燈具實際量測照片
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 圖3-9. 擴散效果較差之燈具實際量測照片 表3-5. 燈具擴散效果優劣之照度比較表 量測參數 無開燈之環境照度lux 有開燈之環境照度lux 光源擴散效果較好之燈具 97.6 282.5 光源擴散效果較差之燈具 135.5 249.8 2. 關閉部分燈具之節能效益分析： 上述之量測結果雖與模擬值有誤差，但部分時間點所量測出之照度仍符合 CNS 之標準照度規範，其節能效益如下所示： 圖3-10. 關閉部分燈具之用電需量比較圖 若每月運轉20 天，每天有 3 小時之晝光可利用，則每月節省之用電度數如 下：
圖3-11. 關閉部分燈具之每月用電度數比較圖
第三節 用電需量
kW 節能策略之全尺度實驗印證
本研究於6 月 22 日 11:00 進行由監控中心發佈需量限制命令給 10 所小 學，進行需量限制之全尺度實驗，並於11:30 解除需量限制命令，其實驗結果 如下所示： 圖3-12. 發佈用電限制命令後各校之用電需量比較圖區域型BEMS 節能網路系統之應用分析
第四章 便利商店之節能改善分析與全尺度實驗印證
於此工作項目，本研究將期中階段所建置完成之區域型BEMS 節能網路系 統導入7-11 便利商店，並擬定適用之照明、空調節能策略，進行全尺度實驗印 證與效益分析，其工作內容如下所示： 1. 便利商店照明改善前之現況分析與節能策略之建立 2. 便利商店空調改善前之現況分析與節能策略之建立 3. 全尺度實驗印證與節能效益分析 4. 小結第一節 便利商店照明改善前之現況分析與節能策略之建立
於此工作項目，本研究將針對照明進行改善前之現況分析，量測分析其燈具 照度與運轉狀況，並擬定適用照明節能策略，其結果如下所示： 1. 照明系統之現況分析 目前7-11 便利商店之照明系統主要有兩種，一為舊式 T8 燈具之照明系 統，二為新式T5 燈具之照明系統，其二者之差異如下所示： (1) 舊式 T8 燈具之照明系統 裝設此系統之便利商店，其內部燈具多為2 尺～4 尺之 T8 山形燈具，採用 三波長燈管，其燈具無加裝反光片，因此，多數的光源散射於天花板上，造成不 必要之浪費。 此種類型之便利商店，其燈具於裝設時未經過規劃設計，其裝設準則為依照 目前超商門市之寬度，以4 尺單管之 T8 山形燈具一座接著一座安裝，長度不足 之部分以2 或 3 尺之 T8 燈具補齊。圖4-1. 安裝舊式T8 燈具照明系統之門市照片 本研究選取裝設此照明系統之，並依照平均照度四點法進行照度量測，其量 測結果如下所示： z 舊式 T8 燈具改善前之照度量測： ¾ 量測地點：忠純門市、天山門市、新衙門市、順屏門市、崗正門市、文 信門市 ¾ 量測時間：下午 01:00 ~ 03:00 ¾ 量測時之天氣：晴 ¾ 量測方法：平均照度四點法 ¾ 量測結果：如下所示
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 圖4-2. 忠純門市改善前照度量測示意圖 圖4-3. 天山門市改善前照度量測示意圖
圖4-4. 新衙門市改善前照度量測示意圖
圖4-5. 順屏門市改善前照度量測示意圖
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 圖4-6. 崗正門市改善前照度量測示意圖 圖4-7. 文信門市改善前照度量測示意圖 (2) 新式 T5 燈具之照明照明系統 裝設此系統之便利商店，其內部燈具多為2 尺與 4 尺之 T5 輕鋼架燈具，採 用高效率T5 燈管，其燈具有加裝反光片，可將散射於天花板之光源導回地面， 減少光源之損失。
此種類型之便利商店，其燈具裝設準則為依照目前超商門市之寬度，安裝4 尺3 管之 T5 輕鋼架燈具，安裝間隔會相隔一定距離，並以 2 尺 3 管或 4 管之 T5 輕鋼架燈具加強部分區域。 圖4-8. 安裝新式T5 燈具照明系統之門市照片 本研究選取裝設此照明系統之數家門市，並依照平均照度四點法進行照度量 測，其量測結果如下所示： z 新式 T5 燈具改善前之照度量測： ¾ 量測地點：臨海門市、學源門市、竹中門市、農神門市 ¾ 量測時間：下午 01:00 ~ 03:00 ¾ 量測時之天氣：晴 ¾ 量測方法：平均照度四點法 ¾ 量測結果：如下所示
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析
圖4-9. 臨海門市改善前照度量測示意圖
圖4-10. 學源門市改善前照度量測示意圖
圖4-11. 竹中門市改善前照度量測示意圖 圖4-12. 農神門市改善前照度量測示意圖 2. 照明照度比較分析與節能策略之導入 本研究依照平均照度四點法之計算方式，計算舊式T8 燈具與新式 T5 燈具 之平均照度，並進行照度比較，其結果如下表所示：
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 表4-1. 舊式T8 燈具改善前照度量測資料 門市 忠純 新衙 天山 崗正 文信 順屏 M 2 2 2 2 2 2 N 2 2 2 2 2 2 隅點照度 945 850 827 913 770 1256 隅點照度 1160 1750 1335 990 754 1380 隅點照度 790 736 913 1114 687 950 隅點照度 725 1560 1513 860 510 913 邊點照度 1185 1460 1182 930 740 1295 邊點照度 1180 764 1045 1225 758 1315 邊點照度 1112 1533 1480 1193 749 1035 邊點照度 675 1100 1382 1017 698 930 內點照度 1327 1050 1215 1110 790 1271 平均照度E 1077.0 1175.6 1226.6 1065.4 735.7 1170.8 表4-2. 新式T5 燈具改善前照度量測資料 門市 臨海 農神 學源 竹中 M 2 2 2 2 N 2 2 2 2 隅點照度 1100 1192 580 1065 隅點照度 1137 867 1180 1530 隅點照度 723 1100 1430 1214 隅點照度 1150 1030 900 1550 邊點照度 1228 976 865 1016 邊點照度 900 1355 683 1066 邊點照度 1334 795 1376 1489 邊點照度 925 930 1619 1193 內點照度 1222 802 1477 1065 平均照度E 1110.8 969.3 1192.8 1196.7 由上表可知，裝設舊式T8 燈具與新式 T5 燈具之門市平均照度相差不大， 但由於T5 燈具之效率高於 T8 燈具，因此，若要使二者有相當之照明效果，那 T8 燈具之安裝密度必然高出 T5 燈具，進而造成極大之耗能。
有鑑於此，本研究針對舊式T8 燈具進行節能改善，於燈具安裝反光片，提 升其燈具亮度，再進行既有燈具之減盞，以達節能之效果
3. 實際施工照片
z 忠純門市
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析
圖4-14. 忠純門市反光片安裝後之實際照片
z 天山門市
圖4-15. 天山門市反光片安裝過程之實際照片
z 新衙門市
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析
圖4-18. 新衙門市反光片安裝後之實際照片
圖4-19. 順屏門市反光片安裝過程之實際照片
圖4-20. 順屏門市反光片安裝後之實際照片 z 崗正門市
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析
圖4-21. 崗正門市反光片安裝過程之實際照片
圖4-22. 崗正門市反光片安裝後之實際照片
圖4-23. 文信門市反光片安裝過程之實際照片
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析
第二節 便利商店空調改善前之現況分析與節能策略之建立
目前7-11 便利商店所裝設之空調系統，多為大金或三菱等一對一四方吹之 機種，其本身具備變頻之功能，因此，較傳統無變頻之空調系統節能。為應付賣 場大量照明及烹煮設備之熱負荷，空調系統全日運轉，設定溫度為26 度。本研 究選取下列數家門市，進行空調之耗能量測與分析，其結果如下所示： 1. 空調改善前之用電量測 量測地點1：天山門市 圖4-25. 天山門市改善前單週最高用電需量 圖4-26. 天山門市改善前未修正之空調平日用電需量上圖為天山門市改善前之空調頻日用電需量，圖中連續高低起伏之需量為大 金變頻式空調特有之加卸載模式，可分為室內負荷低時短時間高頻加載模式，以 及室內負荷高時長時間中低頻加載模式，此種控制模式除了較一般無變頻控制之 空調省能外，亦具備快速加載至設定溫度，並維持在一定範圍舒適溫度，避免加 卸載時溫度忽冷忽熱之優點。 但由於此種控制模式之耗能曲線，難以看出實際空調之加卸載狀況，因此， 本研究將每小時之用電需量取平均值，並繪製如下之曲線圖，以利分析其空調加 卸載狀況。 圖4-27. 天山門市改善前空調平日用電需量 圖4-28. 天山門市改善前空調假日用電需量
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 量測地點2：崗正門市 圖4-29. 崗正門市改善前單週最高用電需量 圖4-30. 崗正門市改善前空調平日用電需量 圖4-31. 崗正門市改善前空調假日用電需量
量測地點3：忠純門市 圖4-32. 忠純門市改善前單週最高用電需量 圖4-33. 忠純門市改善前空調平日用電需量 圖4-34. 忠純門市改善前空調假日用電需量
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 量測地點4：新衙門市 圖4-35. 新衙門市改善前單週最高用電需量 圖4-36. 新衙門市改善前空調平日用電需量 圖4-37. 新衙門市改善前空調假日用電需量
2. 空調耗能分析與節能策略選用之時機 圖4-38. 忠純門市改善前空調系統加載說明 以忠純門市為例，便利超商單日之空調耗能情形如上圖所示，圖中2、3、 4 之區域分別為上班上學時間、中午用餐時間、與下班放學時間，此三個時段為 便利超商來客率之尖峰時間，門市會湧入大批人潮購買消費，因此，造成空調負 荷明顯上升。圖中1 之區域，為半夜超商使用電鍋、關東煮機、熱狗機等加熱 設備烹煮食物產生熱負荷，而造成空調系統加載。 本研究將依照上述之空調使用情形，擬訂適用於便利超商之空調節能策略， 並導入超商進行全尺度實驗印證，以作為後續推廣之依據。其節能策略說明如下 所示： z 間歇空調運轉策略(Duty Cycling) 此策略為空調冷氣模式運轉45 分鐘，切換送風模式 15 分鐘，利用這短暫 的送風時間，降空調壓縮機之耗能，達到節能之效果。送風模式運轉時，會造成 室內溫度些許上升，但由於運轉時間短暫即切換為冷氣模式，因此，室內人員對 於此溫度些許變化感受不大。
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 z 夜間調溫運轉策略(Nighttime Setback) 目前便利超商皆配備有2 台冷氣，若能在夜間時空調負荷低時，開啟一台 空調系統，而將另一台空調系統以輔助之方式，調高溫度或送風模式運轉，將可 獲致極大之省能效果。 但以實際用電情形來看，夜間有明顯之空調耗電上升，因為夜間屬於便利超 商來客率較低之時段，因此，造成此種情況之可能性有二，一為由於超商賣場內 部有烹煮食物之電器，於夜間時進行食物之烹煮，另一為超商烹煮食物之電器位 於冷氣回風口附近，導致熱氣被吸入回風口，造成空調系統誤判而進行加載。 上述之兩種情況為賣場人員之不當使用行為與賣場規劃設計不良所造成，此 兩種情況亦為我國便利超商分級制度之主要評分項目，如下圖所示。若能將此情 況改善，例如，食物於其他地方煮熟後再送至賣場保溫，並將保溫設備遠離回風 口，則此策略為便利商店夜間節能之最佳運轉策略。
圖4-39. 我國便利超商分級制度評分表 z AMI 用電尖峰卸載運轉策略 下圖為我國電力負載之曲線圖，其中於中午12:00 ~ 下午 14:00 時為負 載最高之時段，亦為我國之尖峰用電時間，此時，電力公司會開啟較高成本之發 電機組，以因應此時段電力不足之情形。 未來，台電公司實施尖峰用電卸載優惠措施時，若在此時進行卸載，除可節 省使用電費外，另可獲得台電公司電費優惠之獎勵。
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 圖4-40. 我國電力負載曲線圖 表4-3. 我國台電公司發電成本表 發電成本（元/度電） 台電2008年度發電成本（含利息支出） 燃煤電廠 1.87 傳統水力 1.34 核能發電(均化成本) 0.62 燃氣發電 3.54 風力發電 3.22 太陽光電 12.97（2009躉購電價） (出處 行政院原委會核能研究所)
3. 空調節能控制系統之建置 本研究空調節能控制系統是透過紅外線學習控制模組與崁入式電腦，學習現 場空調紅外線遙控器發射之命令，進而達到控制空調系統的功能。其系統架構圖 如下所示： 圖4-41. 空調節能控制系統架構圖 z 基本設備簡介： ¾ 嵌入式電腦：此控制系統之核心，用以溝通控制週邊設備、資料運算儲 存、與導入節能策略。 ¾ 紅外線學習控制模組：用以學習大金空調遙控器所發出之命令，並模仿 送出同樣之命令，進而達到控制空調系統之功能。此原理與市售之電視 萬用遙控器相同。由於紅外線遙控器在送出開或溫度調節等命令時，會 對空調系統下達一固定頻率之訊號，若能將此訊號學習炳並以同樣頻率 之紅外線發送，那麼就算不使用原廠控制器亦可達到控制空調之功能。 ¾ AMI 電錶：用以量測空調、照明電力資訊，具備雙向溝通之功能，可 於尖峰用電時間對嵌入世電腦下達卸載之命令，而嵌入式電腦依照策略 進行卸載。
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 4. 實際施工照片 本研究裝設空調節能控制系統之實際施工照片如下所示： z 天山門市 圖4-42. 天山門市控制箱體安裝 圖4-43. 天山門市電表 CT 之裝設
圖4-44. 天山門市控制箱體安裝完成 圖4-45. 天山門市紅外線學習控制模組之裝設 圖4-46. 天山門市紅外線學習控制模組安裝完成
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 z 忠純門市 圖4-47. 忠純門市控制箱體安裝 圖4-48. 忠純門市電表 CT 之裝設
圖4-49. 忠純門市控制箱體安裝完成 圖4-50. 忠純門市紅外線學習控制模組之裝設 圖4-51. 忠純門市紅外線學習控制模組安裝完成
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 z 新衙門市 圖4-52. 新衙門市控制箱體安裝 圖4-53. 新衙門市電錶 CT 之裝設
圖4-54. 新衙門市控制箱體安裝完成 圖4-55. 新衙門市紅外線學習控制模組之裝設 圖4-56. 新衙門市紅外線學習控制模組安裝完成
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 z 崗正門市 圖4-57. 崗正門市控制箱體安裝 圖4-58. 崗正門市電表 CT 之裝設
圖4-59. 崗正門市控制箱體安裝完成 圖4-60. 崗正門市紅外線學習控制模組之裝設 圖4-61. 崗正門市紅外線學習控制模組安裝完成
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析
第三節 全尺度實驗印證與節能效益分析
本研究於此工作項目中將進行上述策略之全尺度實驗印證，並分析其節能效 益，其主要工作內容如下： 1. 照明燈具加裝反光片之全尺度實驗印證 此實驗可分為改善後之照度量測及燈具之節能效益分析，其實驗結果如下： z 舊式 T8 燈具改善後之照度量測： ¾ 量測地點：忠純門市、天山門市、新衙門市、順屏門市、崗正門市、文 信門市 ¾ 量測時間：上午 10:00 ~ 下午 01:00 ¾ 量測時之天氣：陰 ¾ 量測方法：平均照度四點法 ¾ 量測結果：如下所示 圖4-62. 忠純門市改善後照度量測示意圖圖4-63. 新衙門市改善後照度量測示意圖
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析
圖4-65. 崗正門市改善後照度量測示意圖
圖4-67. 順屏門市改善後照度量測示意圖 z 反光片改善前後照度比較分析 本研究依照平均照度四點法之計算方式，計算舊式T8 燈具加裝反光片 後之平均照度，並進行改善前後照度比較，其結果如下表所示： 表4-4. 加裝反光片改善後照度量測資料 門市 忠純 新衙 天山 崗正 文信 順屏 M 2 2 2 2 2 2 N 2 2 2 2 2 2 隅點照度 1035 980 1236 1160 855 1420 隅點照度 1267 1685 1410 1167 900 1495 隅點照度 1155 976 1420 1100 739 1245 隅點照度 1358 1576 1607 1215 591 1136 邊點照度 1302 1548 1280 1309 853 1455 邊點照度 1440 876 1326 1275 830 1540 邊點照度 1594 1600 1788 1278 784 1165 邊點照度 952 1402 1593 1205 712 1340 內點照度 1634 1213 1600 1254 825 1410 平均照度E 1370.4 1307.6 1502.9 1237.0 796.4 1371.0
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 表4-5. 加裝反光片前後之平均照度比較表 門市 改善前平均照度 lux 改善後平均照度 lux 照度提升率 % 忠純 1077.0 1370.4 27.2 新衙 1175.6 1307.6 11.2 天山 1226.6 1502.9 22.5 崗正 1065.4 1237.0 16.1 文信 735.7 796.4 8.3 順屏 1170.8 1371.0 17.1 上表為燈具加裝反光片前後之量測數據，加裝反光片後照度明顯提升8% ~ 27.2%，其結果印證此策略相當成功，因此，本研究近一步進行燈具減盞之節 能策略。
z 燈具減盞節能策略之耗能分析 目前7-11 便利商店由於有降低照度會影響營業額之疑慮，故於此階段本研 究將應用電腦模擬之方式進行，模擬將燈具減盞至未改善前之照度標準所需之燈 具數，並進一步計算其節能效果。 ¾ 照明減盞照度模擬分析 其模擬結果如下所示： 天山門市 減少盞數：54 Æ 24 減盞後平均照度：1006 lux 圖4-68. 天山門市照明減盞照度模擬圖
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 崗正門市 減少盞數：45 Æ 35 減盞後平均照度：963 lux 圖4-69. 崗正門市照明減盞照度模擬圖 順屏門市 減少盞數：40 Æ 28 減盞後平均照度：920 lux 圖4-70. 順屏門市照明減盞照度模擬圖
文信門市 減少盞數：36 Æ 30 減盞後平均照度：720 lux 圖4-71. 文信門市照明減盞照度模擬圖 新衙門市 減少盞數：24 Æ 20 減盞後平均照度：1029 lux 圖4-72. 新衙門市照明減盞照度模擬圖
區域型BEMS 節能網路系統之應用分析 忠純門市 減少盞數：32 Æ 32 減盞後平均照度：1037 lux 圖4-73. 忠純門市照明減盞照度模擬圖 ¾ 燈具減盞前後之照度比較與節能效益評估 經模擬結果顯示，減盞後之照度較未加裝反光片時之照度降低3% ~ 21%，但其照度值仍符合 CNS 照明規範之 750 lux ~ 1000 lux，約可獲致 16.7% ~ 55.6% 之節能效果。 表4-6. 燈具減盞前後之照度比較與節能效益評估 門市 未加裝反光片 平均照度 lux 減盞後平均照度 lux 照度提升率 % 未加裝反光片之 耗能 W 減盞後之 耗能 W 節能效果 % 忠純 1077.0 1037.0 -3.7 1024 768 25.0 新衙 1175.6 1029.0 -12.5 768 640 16.7 天山 1226.6 1006.0 -18.0 1728 768 55.6 崗正 1065.4 963.0 -9.6 1440 1120 22.2 文信 735.7 720.0 -2.1 1152 960 16.7 順屏 1170.8 920.0 -21.4 1280 896 30.0
2. 空調節能控制策略之省能效益分析 依照目前便利商店之空調使用情形，本研究制訂一空調節能運轉模式，依照 不同時段執行適用之節能策略，如下表所示： 表4-7. 空調節能運轉模式流程 運行時間 適用之節能策略 23:00 ~ 06:59 夜間調溫運轉模式 07:00 ~ 11:59 12:00 ~15:59 16:00 ~ 22:59 間歇空調運轉模式 AMI用電尖峰卸載運轉策略 間歇空調運轉模式 本研究依照上表之空調節能運轉模式進行全尺度實驗及節能效益評估，其結 果如下所示：
