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老建築走出節能路
賴麗秋
工研院綠色低碳院區
「雁門關外野人家，朝穿皮襖午穿紗。」
原本形容沙漠型氣候日夜溫差極大的一句諺語，現在卻適用於許多地區！
當極端氣候成為常態，你我還可以無動於衷嗎？
節能減碳，打造低碳永續家園的腳步必須更積極！
從發展綠色生態環境與能源科技出發，工研院正進一步引導低碳家園的營造；綠色低碳院區（Green Campus）不僅是前瞻綠色科技的實驗場域，更是不久的將來，低碳生活的藍圖。
走進工研院64館，這裡不僅是工研院前瞻綠色科技研發大本營，也是綠色低碳院區（Green Campus）計畫的起點。這棟使用已近三十年，外觀平凡的建築，在陸續導入工研院研發的各項綠色科技與產品後，不僅擁有創新技術的新靈魂，更是老舊建物智能化的新典範。
工研院自2011年推行Green Campus計畫，範圍涵蓋中興院區、光復院區、六甲院區及南創園區等；由於新院區在規劃之初，即已融入節能減碳概念，因此綠色低碳院區計畫真正的挑戰，在舊院區才要開始！
「低碳社會不是說說而已，需要持續地進行。」工研院院長徐爵民語重心長地說：「台灣能源絕大部分仰賴進口，節能只靠隨手關燈是不夠的；必需要利用科技來提升節能效率。」
今年適逢工研院40週年，徐爵民期許同仁除了著重在科技的研發，更要以工研院為前瞻性技術的試驗場，將綠色理念融入產品研發、技術創新與日常生活中。因此，只要是有助低碳院區計畫執行，不論是開發中的技術，甚至是已完成技轉的技術，都有可能派上用場，因為在工研院內，有將近80棟老建物正等著被改造。
Green Campus節能效益顯著
Green Campus計畫主持人陳式千協理指出，工研院以自有院區做為各項新技術的實驗場域，除加速綠色科技的產業化；同時落實節能減碳理念，發揮院區綠色改造典範的功能，進一步帶動國內相關產業發展。
整個綠色低碳院區以「綠色低碳基礎設施建構」、「老舊建築智能化」與「智慧電網監控設施建構」為主；同時號召同仁共同落實低碳的工作與生活。
陳式千表示，整體計劃以2010年為基準，期至2017年達成節能30%，減碳40%，環境綠覆率可以提升至75%以上的目標。
陳式千進一步指出，目前在整體建物耗能部份，改善最顯著的當推中興院區的10館，與計畫實施前相較，節能達32%，2012年的耗電密度（EUI）只有83；其次為64館，節能15%，EUI為87.6。若與能源局調查台灣大型辦公室平均EUI值約在150左右相比，Green Campus計畫已經降低了四成的用電量。
再就2012年已進行措施的預估效益，陳式千表示，總減碳量（包括節電、節紙、節水、節瓦斯、PFC電子產品節能、綠覆率與電動接駁車充電站等之總效益）為7123.4噸；總節電量達386.8萬度；綠覆率也提升至64.4%。就全院總節電量與減少的二氧化碳換算，相當於19.25座的大安森林公園，顯見節能效益非常可觀。
變頻式冰水機 節能15%
但是，節能光靠硬體改善還不夠，更要smart。在Green Campus計畫中，老舊建築要逐一進行智能改造。陳式千指出，運用工研院各項新科技，進行老舊智慧建築節能改造，自2012年開始至今已有8棟建物正進行中；10館是第一個改建成功的案例，在導入了工研院自行開發的「高效變頻式冰水機」與「空調水泵智慧變頻控制技術」後，全建物耗電較原先節電了20%。
國內以往冰水機均需仰賴國外進口，無法在維修體系中取得合理的成本；於是工研院積極投入冰水機技術的開發，由螺旋機開始，一路發展到大型的離心機，再進一步導入變頻技術。
工研院綠能與環境研究所正研究員劉中哲指出，螺旋式冰水機有無變頻功能，在節能效益上的差距達25%；由此可見，10館導入「高效變頻式冰水機」後可產生的節能效益，預估在夏季尖峰耗電可以立即省下三分之一，全年總耗電量約可節省15%。
相較於國際水準的冰水機，工研院研發的冰水機效能係數COP值（Coefficient of Performance）達5.11，較國際水準的4.45優異。工研院開發的變頻螺旋式與離心式冰水機已技轉給國內包括力菱、鑫國等廠商，壓縮機技術也技轉給漢鐘等廠商，建立了國內冰水機的完整自主產業鏈。
10館全建物空調耗電大幅降低的另一個幕後功臣也不容忽視，就是「空調水泵智慧變頻控制技術」。綠能與環境研究所經理陸忠憲指出，室內空調溫度的維持，主要是透過冰水機、冰水泵、冷水泵與水塔等設備組成不斷循環運轉的系統；這些設備也許都有各自最佳操作數據，但不是將這些各自最佳操作數據組合起來，就可以達到最佳節能效果；想達到最佳節電效益，就不能讓這些設備各自為政，而是取得彼此間和諧的運作數據。
工研院開發的空調水泵智慧變頻控制技術，便可依據室內氣象與室內熱負荷條件，由歷史操作數據找出最佳的運轉條件，再控制空調系統水側的冰水泵與冷卻泵變頻運轉，進而達到10%到50%的節電效果。
節能秘密武器 變頻磁浮式冰水機
繼變頻螺旋式與離心式冰水機的技術開發，工研院進一步投入磁浮軸承技術的開發。劉中哲指出，在2009年時發現美國已有業者開發類似的產品，研發團隊有了初步的想法，之後陸續有廠商推出相關產品，讓他們更確認磁浮軸承冰水機未來發展地位；經過4年的研發，由國人自行研發的變頻磁浮式冰水機已於工研院64館進行耐久性運轉測試，預計5月就可以正式運作。
變頻磁浮式冰水機是採用主動式磁浮軸承，利用磁力控制將轉子穩定懸浮，使主軸不與軸承接觸，達到高速無摩擦的效果。劉中哲指出，相較於傳統螺旋式冰水機，變頻磁浮式冰水機在體積與重量上均大幅縮減，同時運轉時噪音也低於75分貝；更重要的省電效率較傳統式高60%，每年約可為64館省下25,000度的電力。
提起變頻磁浮式冰水機的開發過程，劉中哲指出，由於其中涉及的磁浮技術是與日本合作，初期確實面臨到雙方文化差異與技術溝通的問題。劉中哲說，他們向日方提出以夥伴（partner）關係合作，而非單純的供應商角色，為雙方合作擘劃願景，一旦技術開發成功，日後雙方可以共同發展衍生公司，擴大發展。這個想法獲得日商的認同，因此對於後續技術的提供與信賴度等問題，都有了完善的解決。
目前這項計畫鎖定商用市場，劉中哲指出，變頻磁浮式冰水機全球潛在商機約有 2萬台，可帶動20億美元的產業鏈。除此，磁浮軸承與高速流機技術還可以延伸運用於雲端數據中心的散熱、綠建築能源再生空調等，預估潛力產值高達50億美元。
劉中哲表示，變頻磁浮式冰水機關鍵的磁浮離心式壓縮機技術，已經技轉給國內多家廠商；目前工研院在變頻磁浮式冰水機自製率約75%，他們預計在2016年達成100%自製目標。
人因照明系統的人性看得到
照明系統是一般大樓最耗電的項目之一。目前工研院已經將院區路燈照明全數更換為LED燈，預估1年可以省下18萬度電；將院區內所有日光燈管全數更換為T5環保燈管，也可省下25%到30%的耗電。
發揮LED照明體積小、發熱量低、耗電量小及壽命長等優點，64館一樓接待大廳正進行一項革命性的照明系統展示，「人因照明系統」是運用工研院首創光環境演算法，結合人因照明設計與照明控制技術。綠能與環境研究所所長童遷祥指出，人因照明系統可以隨著戶外陽光的走向、強弱，調整燈具照明的亮度與色溫，平均可節省30%的照明用電；因應不同場域與需求，營造舒適的照明環境。
童遷祥指出，今日照明不僅是一盞燈，而是一整個系統，是生活必需品，是現代建築物必備的設備；目前在64館展示的人因照明系統，計有10種照明模式，可因應不同的情境需求；這也是LED燈具日後發展重要的附加價值。目前人因照明系統的軟、硬體技術已分別技轉給精聯電子與神通資訊公司。
iBEMS許你一個舒適的節能空間
綠色低碳院區的營造，除了硬體設備的改善，如果進一步針對建物、使用者等進行耗能分析與管理，所有耗能的因子也將無所遁形。
目前全院區的智慧電網監控設施建構，已完成20棟建物電力監控系統的建置，及30棟建物電力系統調查與評估，同時完成全院智慧電網電力監控iPOWER平台，建立院區建物的耗能分析。
為打造最節能舒適的環境，工研院開發智慧型建物節能管理系統iBEMS，陸忠憲指出，iBEMS採用低耗能的Zigbee無線感測器進行室內溫濕度、二氧化碳等監控，是一套具有整合即時氣象資料、室內感知資料及建物模擬，提供全面性建物用電管理系統。
透過iBEMS對收集資訊的統計與深入分析，可以找出建物耗能問題點，進而改善不必要的耗電，經由系統的分析管理與控制，可達到建物整體用電減少10%到15%。預計3年內就可以回收成本。目前這套系統也已經技轉予穎瑭公司。
陸忠憲指出，利用感測控制技術節電效益雖不如硬體設備更換效率明顯，卻可以更細微的監控用電資訊；未來系統會加入模擬分析功能，對建物節能管理會更聰明。
提起系統開發的過程，陸忠憲表示，這是團隊花了2年時間開發完成的大型系統，最困難的地方在於系統收集資料量非常龐大，如何要系統在3分鐘處理40萬筆資料，然後不塞車，在在考驗同仁的能力。
量身打造的iSleep電腦休眠軟體
大至環境的監控，小至個人電腦的管理，節能可是任何一個環節都不可放過。透過iSleep電腦智慧休眠管理軟體，硬是要再省下10%到15%的電力。
陸忠憲指出，在辦公室個人用電中，資訊設備用電超過70%，是節能改善的重要項目；雖然每一台電腦都內建有休眠軟體，但因使用不便，多數人不會利用。一般電腦螢幕用電介於30到40W，主機用電約在70到140W，使用者如果長時間不在座位，或是下班忘了關機，造成的電力損耗，長期累積下來也是相當可觀。
工研院開發的iSleep可依據使用者習慣，自動學習並調整電腦主機與螢幕休眠時間，讓使用者在不知不覺中就習慣休眠。為了讓使用者對節電更有參與感，開發團隊在系統內加入節能分析功能，隨時顯示使用者用電資訊，與節能程度。
自動關燈 空盪會議室不再耗能
在辦公室內還有一個容易忽略的耗能空間，就是會議室，往往會議一結束，大家一走了之，照明、空調沒關，可能要等到下一組會議使用者進入後才會發現。
為此，工研院開發了「會議室智慧節能控制系統」，只要偵測會議室沒人了，1分鐘後即會自動關閉電源。陸忠憲表示，利用智慧型紅外線動作感測器，偵測會議室中的狀況，沒人時，自動關掉電燈、空調或投影機，減少耗電。如果以3到5坪會議室為例，包括燈具、冷氣機、投影機等，以每周2天透過系統自動關閉電源來統計，1年約可省下5,930元的電費。
陸忠憲也表示，由於會議往往有高層或是外賓參與，系統的穩定度非常重要，千萬不可在會議中突然關燈、關空調。為了降低失誤率，在系統安裝前，需要先在會議室進行人員行為分析，偵測與會人的大、中、小動作，決定感測器安裝位置；一般來說，越是細微的小動作，如動手指，因範圍窄，偵測難度也較高，但相對的，誤判率也會降低。
工研院開發的會議室智慧節能控制系統因穩定度高，也受到台積電的青睞，已經進駐台積電7間會議室，後續還將持續導入。陸忠憲表示，進入台積電是對這套系統很大的考驗也是肯定，因為台積電要求嚴格，只要出了一次差錯，就沒有下次了。
綠色運輸 開拓新空間
綠色低碳院區的二氧化碳減排除了建物，川流於其中的交通運輸當然也要兼顧。車輛電動化的綠色運輸已經在院區陸續導入示範運行，同時也在院外也進行實驗運行。
陳式千指出，綠色運輸在工研院已實施多年，如實施多年的短程移動工具U-Bike自行車，迄今已有78萬人次使用；院區內警衛巡邏也改採電動機車；除此，來往於中興院區與高鐵新竹站間的接駁，也自2011年開始採用電動車運行，每年運行1萬 8千公里，共計減少3,796.2公斤的碳排量。
機械與系統研究所副所長王漢英指出，為消除一般人對電動車馬力不足、跑不遠等既定印象，透過示範運行，搭乘過的人對電動車的疑慮也逐漸消除，效果良好。由於院區使用型態有限，工研院希望可以擴大運行範圍如物流、企業接駁等應用。
王漢英透露，目前新竹貨運已經開始在市區內的物流試行電動車。由於物流車在市區內因送貨而走走停停，同時穿梭在住宅區內，汽車噪音也是一大問題。如果採用電動車，則可以解決上述的問題；且物流車隊行車區域與路線固定，對電動車續航力、保養、充電站等設置的疑慮，反而更容易解決。
透過院區內的示範運行，以及與物流業者的院外實驗運行，王漢英表示，其實電動車既有的功能都已經可以滿足物流業者需求；經由業者的意見回饋，他們發現電動車可以有更多的創新。因此，在第二期的合作計畫中，將會加入更多附加價值的改善，相信對於推廣電動車有更大的助力。
綠色科技產業化之路更順暢
陳式千指出，藉由各項創新技術的導入與應用，已逐漸展現出綠色低碳院區的效益，許多綠色科技的轉移，也加速了綠色科技產業化的發展。未來仍將持續綠色低碳院區的建置與技術擴散。
由計畫執行至今展現出的成果，陳式千很有信心一定可以在2017年達成全院節電30%、減少碳排40%，及環境綠覆率超過75%的目標。
陳式千還透露，低碳生活除了綠化，美化也是重要的一環。而工研院64館外的生態池與周邊景觀，除了提供休閒，更是環保、生態教育最佳教材。目前正進行螢火蟲復育的生態池，順利的話，也許在今年就可以在生態池享受到晚風徐徐、螢火點點的熱鬧夏夜。
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