台達工業自動化推出「綠建築智慧解決方案」

現代社會蓬勃發展，人口居住型態的改變，更為了環境永續，建築首先需要改變。台達電子一向致力於「綠建築」的推廣，台達工業自動化系列產品為現代建築物提供兼具「節能與智慧」的管理系統。



為了達成綠建築九大系統指標的可視化與最佳化，台達的工業控制整合出一套永續節能系統，包括「能源管理系統」、「室內健康環境管理系統」、「水資源管理系統」及「環境保護系統」應用在綠建築上。

（以下內容摘錄自2011年5月份電機月刊）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
建物節能與綠建築智慧解決方案

建物節能與綠建築指標

人類面臨日益嚴重的環境問題與氣候變遷及暖化所帶來的全球性危機。另一方面大部份亞洲國家位於亞熱帶氣候區，由於高溫、高濕在室內居住空間所衍生的物理性、化學性及生物性等室內環境品質不良的問題十分嚴重。為了降低都市化的耗能與環保的雙重衝擊，更為了讓我們的生活能夠永續保有美好的生態環境，佔消耗環境資源大宗的建築，首先要改變。因此，台灣的建築環保專家們發展出評估「生態、節能、減廢、健康」的建築標準，亦即為所各界重視的綠建築九大指標：

．基地綠化指標
．基地保水指標
．水資源指標
．日常節能指標
．二氧化碳減量指標
．廢棄物減量指標
．污水垃圾改善指標
．生物多樣性指標
．室內環境指標

永續節能系統
為了達成綠建築九大指標的可視化與最佳化，台達的工業控制產品於綠建築應用中，整合出一套永續節能系統，其中包含四個子系統：能源管理系統、室內健康環境管理系統、水資源管理系統及環境保護系統。

茲說明如下：

能源管理系統 ─ 本子系統主要以高穩定的PLC為監控核心，搭配工業等級的HMI和節能控制要角-變頻器。以精準、快速的匯集來自智慧電錶、辨公室溫度、溼度、CO2濃度、外氣溫度、室外亮度、室內照度、室內人員需求等因素，作綜合考量，適當的調整外氣比例、冰水溫度、冷卻水溫度、空氣流量、適當利用室外光線等方式，減少能耗， 降低電費。若建築加裝乾淨能源，如風力發電機、太陽能發電機等，本系統也可以併入管理，期能讓建築物的電力應用可以擁有最經濟的高效益。

室內健康環境管理系統 ─ 本子系統以內建健康資訊的智慧HMI為核心，與PLC搭配前端的控制，依據是室內人員活動的需要，例如：工作、會議、簡報、閱讀、健身、游泳、舞蹈、睡眠、電影欣賞等情境，偵測室內空氣的溫度、溼度、CO2濃度、照明需要，調整室內空氣與照明系統。讓人們有一個健康、愉快而且節能的空間。

資源管理系統 ─ 由於建築物的水資源需要監控範圍不大， 點數也不多， 主要在於監測儲槽水位、流量，控制水泵供水。所以，只要使用台達內建PLC功能的變頻器，搭配HMI顯示水資源利用狀況，即可以達到節能、管理、珍惜水資源的目的。

環境保護系統 ─ 綠建築有個重要的任務，即是與地球環境做永續、符合生態保護的功能。希望建築提供人類居住，也同時照顧其他生物。因此本子系統以內建生態智慧的HMI，配合監控核心PLC。匯集生態園林、水池的日照、水位、水溫、水的溶氧度等狀況，控制水資源系統的閥門、附變頻控制的水泵等設備，協助維護綠化環境，以及維持生態環境的生物發展。使基地上生物生存之潛因得以受到照顧，讓多樣性生物有機會在此繁衍，使整個生物生活圈生生不息。

解決案例
台達工業自動化事業部對於綠建築所關心的節能、健康、生態等條件，發展一套簡易、有效的綠建築永續最適化系統。此系統不僅可以使用於綠建築，同時更適用於一般高耗能的商業建物、高科技廠房建物建築的節能改造。

在追求綠建築各項指標下，建物節能扮演著主要關鍵，而如何能有效節能，工業控制產品扮演著功不可沒的整合角色。

台達秉持著其在工業產品發展上多年累積的經驗及實力，透過系統整合解決商辦大樓及高科技廠房節能之技術。使其除了達到管理便利、舒適環境、節省支出外，更創造人們所嚮往的永續環境。

於實際整合案例中，台達自動化事業的產品已應用於某歐洲國際知名時尚連鎖店，構建成為一套符合節能減碳與生態永續之建築控制系統。其系統主要包含以下子系統，分述如下：

照明控制子系統
透過特定時程控制開啟及關閉照明電源，並針對各樓層及各角落所接收不同之日照量與來客數和展示區的特性，自動監測及控制照明燈源，以達節省能源。

空調控制子系統
此系統主要針對AHU及冷卻水塔執行最佳化控制，以達舒適節能之效益。

(1)AHU控制
‧利用熱焓值，PLC自動調節外氣及回風風門至最適化位置，達到節能減碳之功效。
‧利用PLC監控CO2濃度，並自動調節進氣量，以維持室內空氣品質。
‧利用PLC監控末端風管壓力並以變頻器調節風車轉速，除達成風量平衡外亦可減少風車耗能。

(2)冷卻水塔控制
‧利用PLC強大之PID功能達到最佳化之控制並利用台達C2000變頻器控制冷卻水塔加載/卸載控制，以達節能效果。

電梯控制子系統
利用台達IED電梯一體機實現主控制器與驅動器一體化，大幅提升電梯運行性能另搭配台達主動式前端可控整流器AFE2000(Active Front End-AFE)提供電源回饋功能，進行能源回饋，可節省能源消耗，使變頻器驅動的制動能力達到最大的發揮。



遠程監控子系統
利用台達本地終端設備HMI所提供之e-remote及e-server功能將本地端監控頁面同步於PC端實現遠程控制。另透過具網際網路服務監控軟體亦可實現智慧行動裝置遠程監視與總部控制中心的監控功能。

在一般商業大樓的樓宇控制上，空調不外乎是一項最重要的監控指標。而台達PLC亦相對於此子系統提供了成熟的解決方案，其結合兼具了DDC的簡易應用之功能方塊圖(FB：Function Block)以及較商規更嚴苛之工業等級控制器。

本段將針對外氣空調箱(AHU)以及冷卻水塔(Cooling Tower)作一詳細應用之探討：

外氣空調箱(AHU)

常用之外氣空調箱需滿足以下幾點基本需求- 乾球溫度之調節、相對濕度之調節、清淨度之調節(像在室內加裝二氧化碳CO2感測器)以及氣流之調節(如空氣之分配，流速之調節及室內正、負壓之控制─像加裝變頻器以室內壓力為控制參數來調協風機轉速以及防範火警災害而附加之偵煙器(SD：SmokeDetect)等等。AHU基本系統應用如下圖所示。



其控制方式依其區塊概分為：

(1)溫度調控：依據技師設計熱負荷之計算得出適當之溫度設定值(SP)，並可依出風溫度或是回風溫度(PV)透過PID回路控制來調節冰水閥或熱水閥之開度(或SSR).　註：冰水閥控制採取PID正向動作─Direct Active，熱水閥控制採取PID逆向Reverse Active，如果稍具複雜之空調箱需作濕度控制的話，則加濕器採取PID逆向動作-Reverse Active)

(2)外氣/回風風門(Damper)連動控制：如果空調箱需利用熱焓值作節能控制的話，可以利用室外乾球溫度與溼度所換算之焓值與回風焓值作一比較。如果回風焓值小於外氣焓值的話，則外氣風門開小，回風風門開大，以減少空調箱需熱交換之冰水量，降低冰水主機的負載以達到節約能源之目的.一般來說外氣風門之開度與回風風門之開度總合維持100%.此外如果室內加裝CO2感測器，則可作P值比例控制外氣風門開度。註：如果同時有熱焓值及CO2清淨度的控制，則外氣風門的開度以其兩者最大輸出值為其開度



(3)風機變頻控制：一般空調熱負荷變動時，可利用可變風量方式(壓力調控變頻器帶動風機轉速)，除維持送風溫度一定，提高人員舒適度外，亦可節省能源，而其PID動作係採取逆向動作-Reverse Active的方式。

(4)空調箱系統啟/停控制：系統啟/停控制可依本地(Local)連接的HMI引導控制外，亦可由遠端(Remote)網路連接之圖控(Scada)操控.一般控制依循(Auto-Off-On)的模式進行，Auto：即為俗稱之時間排程控制(Time Schedule)， Off/On：為強制Override-Off/On之動作。

(5)緊急連鎖停機控制：如果空調箱加裝偵煙器(SD：Smoke Detect)，則火災發生時，透
過偵煙器連鎖可以立即停止風機之運轉，防止煙霧散佈。

(6)其它：除了上述主要控制方塊圖外，還有風機前後端差壓開關(dps)：偵測風機運轉時皮帶是否斷裂，以及初級濾網差壓開關：當風機啟動後，可以偵測濾網是否更換之依據。



冷卻水塔(Cooling Tower )
一般冷卻水塔係採用並聯運轉方式加裝變頻器，並以維持冷卻水塔出水溫度與外氣濕球溫度為 一固定之趨近溫度(一般為3~5oC)，控制冷卻水塔風扇轉速，以達到節能之目地。一般冷卻水塔系統架構圖如下圖所示。



其動作原理說明如下：

(1)冷卻水系統進出水端之溫度感測器(T1，T2)，我們蒐集偵測其散熱度，通過冷凝器的溫度差控制，可使冷卻水泵浦轉速相對應於出水和回水溫差之熱負載的變化而變化。

(2)當冷卻水低於設定值，則開旁通閥省下不必要之冷卻水流經散熱風扇，以節約能源。

(3) 經由PLC之PID自動運算控制功能，自動調整最適當的頻率及增減冷卻水塔的最佳運轉台數及變頻加/卸載，不僅滿足散熱風量，並可達成能源之最低損耗。

結語

在邁向更高度文明與社會大都會蓬勃發展之大環境及人口居住型態的改變，如何兼顧發展和節能環保是刻不容緩的議題與趨勢。台達工業自動化事業部在過去十多年致力生產優越的工業控制產品如高可靠性的可程式控制器、高精度變頻器、可透過e-remote及e-server功能提供遠端管理功能的人機介面(HMI)在全球的工控產品扮演了重要的角色，也為客戶帶來可靠與高性價比的產品優勢。現今更運用技術強項積極投入節能產品如電力回單元(AFE)與針對建物節能提出各種系統整合方案、台達工業自動化系列產品在加入建物節能應用 Know-how之系統整合架構下，已為建物提供一套兼具節能與智慧的管理系統，並對地球環保盡一份企業社會責任也期許在未來對產業與環境之節能解決方案貢獻更多的心力。

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