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在今年(2005年)2月16日京都議定書正式生效後，溫室氣體減量的議題，突然之間受到媒體的大量關注。而二氧化碳又是溫室氣體的大宗項目，因此如何改善能源效率同樣地也被各界廣為討論。但節約能源從二次能源危機起就為大眾所耳熟能詳，由於科技的進步，現在談的節約能源已不再是當年「隨手關燈」這樣的概念而已。若能適當運用新的科技，不但可達到節能的目的，也能同時維持合理的生活品質。本文旨在說明中央空調監控系統與節約能源之間的關係，首先簡單描述中央監控系統的架構與功能，然後列出監控系統規劃施工的步驟，以協助讀者掌握監控系統的品質，最後說明幾個運用監控系統能源管理理念。
一、監控系統概述(1)
一般在概念上，監控系統基本元件(TUC,
Terminal Unit Controller)可視為由輸入、輸出及智能(intelligence)三個單元所組成。輸入單元的功能是感知外在環境的變化，並將資訊傳遞給智能單元。輸出單元的功能是根據智能單元的決策，驅動外部受控裝置。輸入單元的感知訊號可分成類比與數位二種，類比訊號是指有連續性變化的參數，像是溫度或是壓力；數位訊號指的是系統的二種狀態，像是迴路開/關或是設備啟動/停止。輸出單元也一樣可分為類比與數位二種訊號。類比輸出通常去驅動一個受控裝置如閥門或是風門；數位輸出幾乎都是透過繼電器(switch
relay)去啟動燈光、馬達或二位式制動器等裝置。智能單元是由硬體線路和軟體系統所共同組成，彼此需合作無間。要說明智能單元的功能，用一個具體事例可能比較容易些。譬如一支熱阻式溫度計(thermistor)由於外在環境溫度變化而改變了電阻值，智能單元的線路設計將電阻訊號轉換成電壓訊號，然後再經由類比數位轉換器將類比訊號轉換成微處理器可以認知的位元(bits,
bytes)數位訊號。軟體系統內另有已儲存的尺度(scale)程式，好讓系統明瞭這些訊號相對應的溫度值。在早已設定或是規劃的邏輯程序中，根據這個溫度改變決定必須採取的行動，像是開啟或是關閉閥門開度。因此數位式的輸出命令經由數位類比轉換器送出一個電壓訊號，這個訊號被輸出單元的閥門位置與電壓關係程式所解讀，然後驅動閥門馬達作動到指定開度來調節水流，從而回應溫度變化。
幾個基本元件根據需求，組合成獨立控制單元(SAP,
Stand-alone Panel)。獨立控制單元在與中央主機(console)或是其他單元失去通訊聯繫時，仍可單獨運作發揮功能。獨立控制單元彼此通常採取點對點(peer
to peer)通訊，所以必須依循一套特定的通訊協定來傳遞資訊。獨立控制單元與基本元件之間也有它們的通訊方式來傳遞訊息。一般而言，較低層的通訊流量較少，反之越高層的流量就越大。控制器間的通訊方式常常是封閉的，不同的設備供應商的硬體彼此之間需要特定的通訊閘(Gateway)才能溝通，因此也造成使用者在系統擴展上的困擾。儘管這方面的問題已有朝向開放式通訊協定的趨勢(如BACNET或LONWORK)，但仍不像PC產業那樣的開放，用戶可自行搭配合適的硬體設施。
軟體系統包括作業系統、資料庫、人機介面程式、監控程式。控制系統的軟體功能除一般性的操作畫面外，還包括警報訊息通知、事件記錄、時序控制(萬年曆)、趨勢圖檢視、運轉時數累計、設備輪動運轉(Rotation)等，這些功能端視用戶的需求而增減。
(1)“Fundamentals
of Direct Digital Control”, Alex J. Zimmerman, HPAC, pp. 49~59, May 1996
二、中央監控系統規劃及施工流程
企業主若對中央監控系統的專業不足時，最好聘請外部專家顧問團隊提供專業技術服務，藉助外部專家顧問團隊的專業知識確保中央監控系統的品質。然而完成一項成功的監控系統案，事前應注意下列因素(2)：
1.為你的監控系統設定務實的期待，避免定義不必要的系統功能，造成專案預算超支。
2.找到一個當地可委託執行好工作的承包商。一個有平凡產品的好承包商遠勝過一個有最新技術產品的不良承包商。
3.寫下一份清楚而詳細的規格書，並確保承包商可以達成。
4.確保承包商經由嚴格的審視及正式的性能驗證程序，執行完成工作。
一般來說，不論汰換或新設中央監控系統大致可依循下列步驟執行。
(2)“Successful DDC System Retrofits”, Mark Hydeman, ASHRAE Journal, pp.
s4~s10, June 2004
(一)早期計劃
這個階段的工作首先應該和專業顧問及自己的廠務經理或工程師討論他們的期待，專案的範疇，以及公用系統未來長期的計畫方向。然後才能決定新系統的需求準則與預算。
(二)競標規格書發展
競標規格書是為了提供承包商一個報價的基準與承包商對系統性能要求的所有細節。依據前一階段定義的功能需求選擇表討論後，製定輸出入功能表(I/O
Table)、系統功能說明及設計圖繪製。
(三)承包商遴選
承包商的工作品質及他們與客戶互動的關係是很重要的。遴選階段可以找3~4家來比價。如果是曁設系統的汰換，除非有不可抗拒的理由，否則最好也包括原系統的建造商。
(四)承認書審視
這個階段是監控專案的品質管制重點之ㄧ，對承包商遞送的施工承認書應多花一些時間檢討。審視的內容包括硬體設備規格、監控系統架構與圖說文件，在安裝軟體程式前先檢討控制邏輯與程式。
(五)施工圖面繪製
承包商依據輸出入功能表規劃單線圖、平面圖、昇位圖；包括控制器裝設位置及點數、感知器(sensor)裝設位置、管路及材質與管徑、電源線及線徑、訊號線及規格、控制線及規格、以及其他施工說明。
(六)定義監控點形態
包括控制變數ID編號、設備名稱、詳細說明、設備連接硬體的位置（第幾個DDC、卡片、點）、輸／出入形態（D/I、D/O、A/I、A/O、P/I）、感知器規格（4∼20mA、0∼10V、RTD、thermistor）、高低限警報值、數值範圍、單位。
(七)規劃邏輯控制
依據輸出入功能表中定義的軟體功能，規畫每個監控點的動作流程及關聯動作；如警報何時發生、警報發生時應控制何種設備、跳至那一個畫面、是否需要存檔、抓取何處的資料進行運算、應用程式。若承包商可先與專業顧問諮詢，則可減少失誤。
(八)軟體規畫編寫
1.電力單線圖製作、空調系統流程圖製作、平面圖製作、警報顯示盤製作、歷史資料圖面、報表格式設計、管理等級密碼管制。
2.應用程式設計；如時間自動控制程式、停電復電程式、節約能源管理程式、電力需量控制程式、PID控制。
3.通信協定驅動程式。
4.Ethernet網路資料擷取。
(九)施工前置作業：
包括控制器設定及軟體安裝、感知器校正、暖機測試、軟體運轉測試等。
(十)硬體安裝施工
按規劃的施工圖施工，若需調整應知會專業顧問或業主，先行確認。
(十一)系統試俥與資料收集
從(五)到(十一)項屬建造行政管理階段，在這段期間很重要的是定點檢驗與局部性能測試。可提早發現錯誤，及時修正。
(十二)性能驗證階段
要求承包商紀錄二週所有I/O點的每分鐘資料，提供性能驗證工程師檢視。從這些數據的變化將可掌握系統能否符合設計要求。
三、自動化與省人力化
空調系統想要達到節約能源的效果就必須要仰賴監控系統來達成。因廠務人員在繁忙的定期設備維護中，常常難有時間來管理或調整設備運轉。自動化的概念最容易比擬的就是時序控制(schedule
control)了。譬如在每一天的上班時間將冷氣機起動，而在下班時間自動切斷電源關閉。當然有些設備在一天之內可以設計多段式的開關，星期例假日及國定假日都可以預先設計在程式裡面，然後控制器會隨著時序控制進行該有的動作。如此一來，便可以節省人力，同時也達成設備運轉管理與節能的目的。傳統上藉由定時開關便可以達到功能，但更進步的系統，把時序控制功能整合到中央監控系統中，將使得操作人員管理更有彈性。
有的場合需要控制系統隨著環境調整設定條件，此時若無自動監控系統來支援，就難竟其功。舉例來說，最近幾年冰水系統從以往定水量三通閥的設計，改變成變水量二通閥加上變頻器控制。變頻器的頻率必須根據管路差壓的改變來改變，而這樣的動作不可能由操作人員在現場隨時調整。更複雜的情況，例如冷卻水塔的風車轉速可以依據出水溫度的改變來調節，但是冷卻水溫本身又可以視外氣濕球溫度改變而改變。像這種控制的設定點都要視實際需求而重置(Reset)的情形，就更要仰賴監控系統來達成。
四、資訊科技(IT)與節約能源
前GE執行長Jack
Welch曾說：「You
can not manage what you do not measure.」。傳統上空調系統操作人員需要定時巡視機房，除了檢視設備運轉狀態外，還要順道抄錄冰水主機及附屬設備的運轉資料，例如冷媒高低壓力、進出水溫、壓力、運轉電流等數據。在有了中央監控系統以後，操作人員只要端坐在控制室內從螢幕中便可一目瞭然地掌握所有設備運轉狀態，相關運轉資料也會自動儲存在硬碟或磁帶中。但除了發生設備異常的事件外，大概不會有人有空去檢視這些歷史資料，因此這些數據便自然而然沉沒在無聲的資料海中了。如果可以適當地將這些運轉數據(Data)加以整理分析，轉化成有用的資訊(Information)。再根據這些資訊研判可以改善的措施採取必要的行動予以矯正，再觀察改善後的成果並從中獲得知識(Knowledge)。累積綜合眾多的知識最後便得到智慧(Wisdom)。這樣的一個知識累積的過程，和一般企業管理所強調的Plan-Do-Check-Action，實是相同循環。而透過這樣的一個程序，方能逐步調整空調系統至最適合使用且又節能的狀態。
其次，以往監控系統較著重於運轉狀態的掌握，確保空調系統穩定運轉，但對能源效率的提昇就比較不關心，比較常見的案例也不過是顯示設備的運轉電流或是耗電罷了。事實上如果可以監視或記錄實際消耗的空調負載，並提供即時資訊給操作人員有關能源效率的數據，他便可據以研判開啟的設備是否合理。管理人員也可以根據歷史資料的分析，追蹤管考某一時段某一操作人員的運轉能源效率是否合理，進而對操作人員加以節制。
第三，定期分析整理運轉數據，產出能源用量及效率報表，建立能耗指標(Energy
index)。這些能耗指標可以提供管理人員掌握一般的運轉狀況，了解空調系統的能耗趨勢，當趨勢改變時管理人員得以採取必要的措施，加以矯正。如果對空調系統進行改善措施，也才能知道改善的結果是否符合預期。
五、後語
中央空調監控系統固然能協助改善能源效率，但設備本身是死的，操作的人是活的。充分運用科技的力量，加入人們的創意才能使其效能充分發揮。固然中央空調監控系統近年來已有長足的進步，但仍有賴操作人員持續提昇自我的能力，檢視自身的廠務設施環境變化，方能充分發揮系統功能，調整出最合適的運轉對策。
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