ICT 技術在建築節能之應用

簡 歷

姓 名

王 建 敏

現 職 資訊工業策進會 智慧網通系統研究所 感測網路與能源 資通訊技術中心 主任

聯 絡 資 訊

y mwang@iii.org.tw

y 台北市民生東路四段 133 號七樓

學 歷 y 國立交通大學計算機工程研究所 碩士 y 國立交通大學電子工程學系 學士

經 歷

資訊工業策進會

y 智慧網通系統研究所 感測網路與能源資通訊技術 中心 主任

y 網路多媒體研究所 顧問工程師 y 嵌入式系統實驗室 副主任

備 註

ICT 技術在建築節能之應用

王建敏

資訊工業策進會 智慧網通系統研究所 感測網路與能源資通訊技術中心 主任

由於節能減碳的環保意識，也由於能源成本的不斷上漲，節能在 各個層面都是受關注的新興議題。建築的生命週期中，在材料生產及 建造時，固然會在短時間內消耗大量能源，但以一棟建築約 30~50 年的生命週期中，因使用／維運的時間較長，其消耗的能源估計約佔 其完整生命週期的 61%，故綠建築的設計，或進一步以 ICT 技術提 高建築使用／維運期間的能源使用效率，是一個新興的選項。

ICT 技術在建築節能之角色主要在自動量測、控制及智慧化決策 三方面。為了自動量測及控制，便有感測網路之需求，並以分析、決 策技術提供智慧化的服務功能。

建築節能有減少能源 (尤其是指非再生能源) 之使用量，及減少 能源費用兩個目的。本節將介紹 (1) 建築節能之常用手法及案例 (2) 智慧電網觀念興起後，自動化需量反應管理技術對節能之效用及對國 家電力供應之影響 (3)零耗能建築之觀念及案例

在成本效益上，應用 ICT 技術進行建築節能固然可達到節省能源 成本的目的，也需要壓低引進 ICT 技術的建置成本，並對建築之使用 影響最小之原則，故相關技術之使用有其專業之選擇。

ICT ICT 技術在建築節能之應用 技術在建築節能之應用

王建敏 王建敏

智慧網通系統研究所 智慧網通系統研究所

資訊工業策進會

資訊工業策進會

大綱

背景

ICT技術在建築節能的角色 建築節能‐建築能源管理

建築節能‐自動需量反應

建築節能‐零耗能建築

智慧建築之ICT架構

結語

背 景

背景 背景

需求面：能源價格高漲、環保減碳成為主流趨勢 技術面：

網路技術及應用，由 internet (人與人之間)拓展到IOT (Internet of  Things) 技術

資訊分析技術能力之提升，提高能源使用效率

Connect Connect

智慧地球

智慧能源 智慧能源

以ICT技術提高

能源使用效率

建築在總體能使用佔比高

資料來源：Siemens ‐‐Building automation –impact on  energy efficiency.

Buildings

39%

Industry

34%

Transportation

歐美地區建築耗能佔全部能源使 27%

用約40%左右，建築至少有50年以上 使用期，所累積用量與成本十分可 觀，故歐美國家對於建築能源使用有

EU

US

建築物生命週期排碳量分析

1.規劃設計 2.生產製造 3.材料運輸 4.營建施工

5.建築物完成 6.日常使用

7.更新修繕 8.持續使用

9.建物拆除 10.廢棄物處理

維運(30~50+年) 61% 61%

33% 33% 5% 5% 1% 1%

2010能源產業技術白皮書

11.建材再生 回第2步驟

ICT技術在建築節能的角色

建築節能方式－新建築物

被動式(非ICT)建築設計

利用天然能量的流動與大自然的物理定律來提升建築物的節能效益 手法上，利用建築及裝璜設計、建材／設備的選用

‡ 選用隔熱建材、省電設備

‡ 開窗方向、空間安排

‡ 遮陽設施、自然通風．．．

主動式（ ICT整合建築設計）

綜合建築構件和ICT系統，使得建築物的能源、環境和經濟效益達到 最佳性能表現

手法，利用感測、通訊網路、資訊分析／決策等智慧化控制

‡ 依時間、依自然環境、依使用需求／情境

‡ 統計分析，供管理使用

總體上，新建築物的節能設計可節省20%到70%的能源

建築節能方式－即有建物

管理手段

在無須投入任何資金的情況下，改善現有建築用戶的能源使用習慣，

一般可節省5%~20%的能源開支

非ICT的建築維護工程

現今常用設備與現有最高能效技術相比可節省的電能

‡ 電器設備:25%~55%

‡ 空調系統:40%‐50%

‡ 照明:50%‐80%

‡ 備用電力:72%‐82%

積極的 ICT能源管理系統

一般可節省10%~25%的能源開支

總體上，結合各種手法，即有建築物的節能程度，估計可

達到25%～50%

案例－室內停車場的節能手法

非ICT手法

更換傳統燈具為LED燈 自然光融合節省照明 節省用電約50%

ICT手法

平常無人車時調低照度，以節省能源

人車進入時，依移動方向預先提高照度，以避免明暗差異太大 有自然光區域依當時環境亮度，搭配調整人工照度

再節省用電約28%

其他功能：自動偵測燈具損壞／維修通知

車輛進場時之照明狀態

ICT技術在建築節能的角色

ICT技術使建築智慧化

具體功能：自動量測、控制、(智慧化)決策 呈現效果：

‡ 主動感知的能力

‡ 最佳的解決途徑 (系統的綜效)

‡ 友善的人機介面

建築節能‐建築能源管理

建築能源管理導入步驟

感測 感測 感測 控制 控制 控制 最適化 最適化 最適化

用電資訊 收集

耗能分析 用電模式 事件判斷

負載分類 回路配置 分散式能源 控制策略 Proof of 

智慧設備

需量即時感測、

預測、控制

需量反應機制

分散式能源供量

建築節能策略

電能管理 需量控制

空調管理

照明管理 環境調控

節水設備

再生能源 熱回收 導入

設備效能 提升，如熱泵

Building Energy Management System

能源管理與需量控制

藉由電力量測設備，將耗電設備作資料收集與分析，找出 節能空間

透過管理手段適度調控負載，提高用電效率達到合理 用電之管理 ，減少流動電費

最佳化契約容量值 ，減少基本費 需量超約控制 ，減少超約附加費

節能 節費 舒適

案例－辦公大樓建築

成為台灣智慧綠建築商業大樓的新地標

被動式(非ICT)設計 ICT整合設計 外殼耗能設計:南北向建物配置

東向設計為公共服務區(電梯) 西向減少開窗率

南向設計外部遮陽結構

„

ENVLOAD=62kWH/m

.yr < 

法規80kWH/m

.yr

智慧外層系統最佳化調控:室內 裝設WSN透過感測，進而控制 燈光及自動開窗來調整室內的 溫度及亮度

空氣調節裝置:變頻儲冰空調系 統與全熱交換器

智慧室內空氣品品質通風系統:

通風量會隨著二氧化碳濃度的 提升而增加

室內空間佈建:固定的工作空間 集中在日照最充足的沿窗位置, 會議室以及儲藏室只在以電燈 照明的室內位置

智能化照明系統:可調整照明亮 度的自動調光與開關

節水器具使用及水資源循環利 用

水霧預冷控制:應用中水回收供 應水霧預冷控制

節能成效：



全年減少耗電 161,650kWH



全年減少電費支出

448,588元

建築節能‐自動需量反應

MDMS AMI CA

WAN

廣域通訊網路

Concentrator

Concentrator 進行1萬具大規模低壓

電表商業化佈建計畫

Concentrator 經濟部技術處

發展AMI商業應用所需 的共通關鍵技術與廣域 通訊技術

台灣電力公司

能源局

應用既有技術建 立AMI系統之基 礎架構進行小規 模可行性評估 國科會NEP計畫

智慧電網－跨部會AMI相關計畫

‡

發展目前國內缺乏但是與國際 競爭須具備的AMI 前瞻應用技 術與服務加值功能

‡

制定AMI通訊技術規範與標

準，未來影響我國與國際標準

自動需量反應應用情境

智慧家電

智慧溫控

CPP

Residential Single Family Multi Family Residential Single Family Multi Family

PTR

時間電價

與優惠方 案

Residential Single Family Multi Family Residential Single Family Multi Family

TOU Rates

Residential Single Family Multi Family Residential Single Family Multi Family

Small Commercial 1 kW – 20 kW Small Commercial 1 kW – 20 kW Small Commercial 1 kW – 20 kW

Medium Commercial 20 kW – 200 kW

Medium Commercial 20 kW – 200 kW

Connected Home

自動需量反應作業示意圖

未來應用情境: Demand Response 服務

建築節能‐零耗能建築

先進國家建築ICT發展脈動

Reducing the energy consumption of buildings and its negative impacts on environment (main goal within the PPP (main goal within the PPP EeB EeB 2010-

-2013) 2013)

Buildings cover their own energy needs

Transformation of buildings into energy providers preferably at district level

STEP 1 STEP 1 STEP 2 STEP 2 STEP 3 STEP 3

低耗能建築 零耗能建築

分散式供能建築

Energy Efficient Buildings/Districts/communities 智慧生活

社區及城市

零能耗建築範疇

零耗能建築：將建築物所消耗的一次性能源，透過提高建築物及 設備的節能性以及再生能源的利用予以削減，使得一年的一次性 能源實際消耗量為零或接近於零的建築

節能

廢能回收

再生能源供電

„ 40%的碳排來自於建築

再生能源的利用包括 太陽能

風能發電 地熱或水熱

提高建築物及設備的節能技術包括 綠建築科技與綠建材

開放式建築佈建 智慧建築管理技術 LED照明

開源 節流

Energy Management and Visualisation

空調系統冰水主 機管理與控制 太陽能發電並聯 供電管理，冷熱 聯機發電管理

機房能源管理系統

PMV環境舒適度 偵測、分析、控 制

即時管理資訊，透 過網路或智慧手機 給大樓管理員 照明系統環境光 感知、人員感知

與控制 需量反應管理系統，

控制契約容量

依時間電價調整需量時程 配合電力公司需量反應作業

11

22

33

55 77

88

66 99

44

室外環境量測 陽光 照度、風速、風向、

CO2

建置完整先 進讀表系統

零耗能建築/社區/城市

開放建築 開放建築

(安全健康 容易修繕 永續經營)

綠建築 綠建築

(節能減碳 環保生態)

智慧建築 智慧建築

(便利舒適 安全省電 節能減碳)

建築ICT系統整合平台

(串聯整合三大方案以發揮最大之功用)

建築導入 建築導入 ICT ICT （資通訊科技）技術，成為具有環境感知之主動 （資通訊科技）技術，成為具有 環境感知之主動

式綠建築，或稱為「 式綠建築 ，或稱為「智慧綠建築 智慧綠建築」，使建築不只是節能，而有 」，使建築不只是節能，而有

建築ICT

德國Schlierberg生態社區

被動式(非ICT)設計 ICT整合設計

設計:建築朝向與外牆的設計有效的 控制吸熱量,西側外牆沒有玻璃，並 以屋簷遮陽

再生能源(太陽能)與 供熱系統

綠建材:社區建材絕大部份都在半徑 35公里的範圍內取得採用速生的綠色 木材

智慧省電家電設備 節能管理

通風系統:先進的保溫、通風與玻璃 科技，降低建築物在暖氣、通風、冷 卻及照明的能源需求

智慧電網 再生能源供電

總體節省100%的能耗

世界正能社區和生態建築

是基於能源利用、生態維護與建築美學三者兼顧，最佳化設計的綠色住宅社區

建築物所產生的能源高於其所需的能源

興建成本比傳統房屋高 15%(不包括光電設備建置成

本)，但未來可從節能與賣電方面回收，預估8年可回

收光電設備之投資

智慧建築之ICT架構

智慧建築之ICT架構(一)

•與企業管理及業務的綜效

•整合的使用介面 ．

•整合化、最佳化

•遠端操作／管理

•感測、通訊網路

•各自動化次系統

建築智慧化關鍵

智慧建築之ICT架構(二)

結 語

結 語

ICT手法利用於建築＝＞智慧建築 ICT手法搭配綠建築＝＞智慧綠建築

除節能永續，需兼顧舒適健康、安全性

於建築設計或裝修時納入ICT設計，可降低增加之成本 現行方案之智慧綠建築關聯產業：

建築設計、施工營造及綠建材，能源管理設備系統，安全監控 設備系統，節能家電設備系統，自動控制設備系統，空調節能 設備系統，室內環境品質設備系統，節水設備系統，照明節能 設備系統

其他關聯產業 ^：

安全安心、健康照護、

節能永續、舒適便利、

綠色電網及公共服務等

敬請指導