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技术到位 BEMS架构更具智慧
 

【作者: 王明德】2018年01月02日 星期二

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环保议题近年来在全球产业的热度不退,在此同时,智慧城市与智慧建筑需求不断上升,也让BEMS(建筑能源管理系统)的商机持续发烧,根据市调机构Navigant Research的统计,市场规模将於2021年将可达到62亿美元,BEMS大量整合了IT技术,将电力、照明、空调等所耗用的资讯转为可视化,也让能源管理更精准。


就市场面来看,BEMS的产品以管理系统的软体与服务最为重要,此二者的产品占比相加之後超过八成以上;从区域市场来看,欧洲与北美的市场占比较高,两者相加占了市场占比的六成。


虽然北美与欧洲是目前BEMS的主要市场,但是市场人士也看好未来亚洲市场的发展潜力,其中日本希??2020年时,建筑能源管理系统的普及率达到50%以上;且亚洲市场中逐渐开始出现许多新兴建筑,BEMS的采用率将会大大提升;2015年时,印度总理莫迪也提出了智慧城市的发展目标,计画在全印度建设一百座智慧城市,因此亚洲市场的建筑能源管理,未来具有极大发展潜力。


建筑能源管理系统的前身为BAS(建筑自动化控制系统),BAS转化为BEMS的过程中,最大的变化在於通讯标准化,共同资讯标准的制定,驱使原本是封闭且独立式的BAS系统,藉由网路转为开放式架构;在开放式架构下,使得BEMS拥有基本的IT资讯,利用资讯的取得与分析,让企业可清楚的了解建筑能耗。


IT技术成熟 BEMS快速普及

市场人士指出,BEMS这几年高度发展有几个因素,包括资通讯成本的下降,以及IoT与Big Data等技术的成熟,驱使BEMS达到发展高峰,未来的智慧建筑与智慧城市,将由点拓展至线的模式,而不再是单一楝建筑来审视;进而达到机器之间可互联/互动,机器方能自主的控制与最隹化。



图1 : IoT与Big Data等技术的成熟,驱使BEMS达到发展高峰。(Source:Siemens)
图1 : IoT与Big Data等技术的成熟,驱使BEMS达到发展高峰。(Source:Siemens)

在技术面,BEMS主要是利用目前市面已经普及化或是已开发之技术,进行家庭耗能系统之控制。有线系统部分,将利用已经在国际间逐渐普及的有线系统之通讯协定(Bacnet、Lonwork等)控制技术来进行各家庭耗电设备之联系控制,配合Zigbee、Bluetooth等无线传输技术,进行短距离资料以及室内外各感测器讯号之传输,并将各设备有效整合,进行系统化的控制,进而将各种控制模式、工作时程、管理机制导入家庭生活当中,并将系统控制软体化,进行有效监控。


透过智慧电表提供使用者关於能源消耗量的量化资讯,根据欧、美、日等国的实验研究发现,让民众了解实际能源的使用状况,并藉此改变一般用户等需求端的用电观念,只要用户能即时掌握各时段的用电费率与用电模式,可对用电成本较具概念,自然而然在生活中也会节约用电,估计可减少至少5~15%能源消费。


目前建筑能源管理系统的架构,主要由大楼自动化系统、能源管理系统、设备管理系统等硬体设备和软体系统组成,大楼自动化系统(Building Automation System,BAS),主要采用全球主流的BACNet网路技术,或美国的LonWorks、欧洲的KNX技术标准,使透过大楼内部网路即时监控建筑物内的空调、电气、照明、卫生、安全防灾等设备运转状况。


能源管理系统(Energy Management System,EMS)是利用感测网路并搭配各计量装置、资料获取器、管理系统等,针对大楼内外环境与日常活动需求,监控与管理大楼电力能源,使能源使用达到效率化,设备管理系统(Facility Management System,FMS):对大楼内之各项设备进行维护与管理,使达到定期保养、设备异常可即时通报等,让设备维持最隹运转状态。


建筑能源管理系统,主要的节能功能与应用目的,是利用能源管理系统中的计量表和资料收集器,撷取用电设备的资料,帮助用户建立即时能耗资料、统计与分析能耗资料、提供节能建议。



图2 : 建筑能源管理系统撷取用电设备的资料,帮助用户建立即时能耗资料、统计与分析能耗资料、提供节能建议。(Source:LG)
图2 : 建筑能源管理系统撷取用电设备的资料,帮助用户建立即时能耗资料、统计与分析能耗资料、提供节能建议。(Source:LG)

五大功能架构BEMS系统

就目前发展来看,建筑能源管理系统之功能与使用需求,可归纳成以下几点:


1. 获取及建立即时能耗资料


即时能耗资料获取系统,透过各种计量装置、资料获取器和资料获取软体,以收集各种能耗资料,并将资料保存到能源管理系统的能耗资料库中,提供各级管理人员流览或利用能源计量资讯进行用电分析。


2. 能耗资料统计与分析


能耗资料统计与分析功能提供各分类分项能耗资料的逐时、逐日、逐月、逐年的统计图表和文本报表,以及各类相关能耗指标的图表,以利各级管理人员进行比对与分析能源使用情况,调整能源分配策略,达到节能减碳之目的。


3. 需量控制与用电规划


由於整体建筑物内部使用者的用电状况不一,建筑能源管理系统可根据各用户状况,通过组态的方式确定整体能源使用情况,做出能源使用计画。需量控制系统可制订需量合约电价、大楼用电设备之自动化复载/卸载等用电规划、根据用电设备负荷量自动卸载或复载。透过此系统功能建立能源使用计画,提高能源使用效益,确保系统需量不超过契约容量,以免受罚或停电。


4. 建立能源标准与量测系统


对於不同种类建筑物的能源使用情况,必须建立能源标准与量测系统,以便进行比较,使建立完整且全国性之资料库,以利电力公司、建筑业者及相关节能厂商作为日後推行相关产品与服务之叁考依据。


5. 新兴Web节能服务


从一般小型住商用户的电器使用习惯分析,可以发现一般使用者虽有节能的观念,但却无法确实执行,以致於浪费许多电器产品之待机耗能。所以,若能让使用者获知用电资讯,就能让使用者知道该如何改善用电习惯,激励他们主动节能。


上述功能已逐渐成为BEMS的主要设计,除此之外,这两年AI技术也快速拓展到各领域,未来应用到能源管理也将成为趋势之一,透过大数据、云端平台与AI的整合,未来BEMS将更成为真正具有智慧的能源管理平台。


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