智慧化能源管理系統(tǒng)是人類社會中少見可以兼顧經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)保的作為，在誘因充足、技術(shù)齊備與政府政策的推動下，BEMS與HEMS架構(gòu)已快速進化，全面提升其管理效益。

環(huán)保議題持續(xù)在全球發(fā)燒，節(jié)能成為各產(chǎn)業(yè)的重要議題，電力作為人類社會使用量最大的能源之一，自然也成為此議題的重點。根據(jù)臺電的研究報告，臺灣社會的總用電比例，工業(yè)仍佔最多，大約50%，依次序下是民生用電（25%）、商業(yè)用電（20%）、其他類（5%），這四大區(qū)塊中，工業(yè)與商業(yè)扮演國家經(jīng)濟發(fā)展的動能，其用電量欲小不易，但也就是因為電量使用高，只要降下些許比例，所換算的電費就極為驚人。

因此，一直以來無論是在設(shè)備端或企業(yè)，都積極採用各種方式進行節(jié)能，在減少營業(yè)成本的考量驅(qū)動下，此趨勢會持續(xù)進行。至於第二高的民生領(lǐng)域，早期的作法大多是宣導(dǎo)隨手關(guān)燈、不到一定的高溫不開冷氣等被動式節(jié)能做法，不過近年來智慧化概念興起，透過各種新科技所建構(gòu)的智慧能源系統(tǒng)，已開始被導(dǎo)入到建築、住宅中。

如同前言所敘，建築領(lǐng)域的節(jié)能意識起源相當(dāng)早，早在民國六十年代政府就喊出「節(jié)約用電」口號，後來全球城市化趨勢加快，人口大量匯集到各國的大型城市中，居住與商辦需求大起，大樓建築的數(shù)量越來越高，所耗費的能源也快速攀升，根據(jù)臺電的統(tǒng)計，1998年住宅與商業(yè)的全年用電量約為300億度，到2017年已有440億度，成長將近50%，在此同時，全球城市化的逐漸加速，在此趨勢下，能源管理在建築物將越來越重要。

從架構(gòu)來看，建築樓宇的能源管理平臺可分為兩類，一是建築能源管理系統(tǒng)（Building Energy Management System；BEMS），另一類則是建築體再進一步內(nèi)縮的家庭能源管理系統(tǒng)（Home Energy Management System；HEMS），這兩類系統(tǒng)雖都用於建築中，也都以節(jié)能為目的，不過系統(tǒng)所管理的面積、設(shè)備相異，其功能需求也大不相同。

系統(tǒng)整合讓BEMS更強大

大約在20年前，建築業(yè)開始導(dǎo)入IT系統(tǒng)，用以管理安全監(jiān)控、空調(diào)、消防、照明、風(fēng)機等系統(tǒng)，其中空調(diào)系統(tǒng)的能耗最大，對能源管理的需求最高，因此Rockwell、Honeywell等歐美大廠都推出管理系統(tǒng)，後來此系統(tǒng)的功能逐步進化，就成為現(xiàn)在的BEMS。

不過無論是空調(diào)或照明、監(jiān)控，這些技術(shù)與應(yīng)用在當(dāng)時都剛起步，市場不但沒有整合概念，就算真的有整合意願，也難以克服各系統(tǒng)之間不同通訊協(xié)定的問題。而西門子區(qū)域解決方案與服務(wù)部門維護處副協(xié)理蔡忠信指出，隨著技術(shù)與應(yīng)用逐漸成熟，現(xiàn)在系統(tǒng)整合已成為大樓建置BEMS的基本要求。

圖1 : 西門子區(qū)域解決方案與服務(wù)部門維護處副協(xié)理蔡忠信指出，隨著技術(shù)與應(yīng)用逐漸成熟，現(xiàn)在系統(tǒng)整合已成為大樓建置BEMS的基本要求。（攝影／王明德）

蔡忠信進一步表示，系統(tǒng)整合的主要著眼點在於提升管理效益，在系統(tǒng)各自獨立時代，管理者必須同時監(jiān)看各系統(tǒng)的畫面，如果同時發(fā)生狀況，就容易顧此失彼造成財產(chǎn)損失，甚或危及生命，而經(jīng)由整合過的系統(tǒng)，不僅會將所有系統(tǒng)的狀態(tài)呈現(xiàn)在同一畫面，而且畫面都為直覺化設(shè)計，以利於人員管理、操作。

BEMS的系統(tǒng)整合工程會因建築物的新舊而有差異，如果是新大樓，一般會在設(shè)計階段就納入BEMS，並在建築體施工時同步開始作業(yè)，此一模式大多是由系統(tǒng)廠商與建商洽談合作，其導(dǎo)入難度較低。至於舊大樓的導(dǎo)入難度就會較高，一般是由物業(yè)管理業(yè)者提出需求，系統(tǒng)廠商再因應(yīng)調(diào)整管理平臺功能，並介接大樓中原有的系統(tǒng)。

西門子區(qū)域解決方案與服務(wù)部門綠建築與節(jié)能業(yè)務(wù)經(jīng)理吳建德指出，BEMS目前需要整合的介面，會因為舊大樓中的系統(tǒng)而有不同，他以西門子的Desigo CC為例指出，該平臺就可整合常見的包括工業(yè)控制器的Modbus與OPC、照明系統(tǒng)的DALI、電/水/瓦斯錶的M-Bus、影像監(jiān)控的ONVIF…等通訊協(xié)定，並透過易讀、簡易、流程化的介面，讓建築物內(nèi)的IT系統(tǒng)訊息可以即時且精確的顯示在介面上，藉此有效監(jiān)控建築物內(nèi)的能源消耗，並在問題發(fā)生前提早因應(yīng)。

圖2 : 西門子區(qū)域解決方案與服務(wù)部門綠建築與節(jié)能業(yè)務(wù)經(jīng)理吳建德表示，雲(yún)端化與智慧化是BEMS近年的重要趨勢。（攝影／王明德）

雲(yún)端與AI已成既定趨勢

除了整合各系統(tǒng)之外，BEMS近年的另一個趨勢是雲(yún)端化與智慧化。雲(yún)端概念在IT領(lǐng)域推動已超過10年，此概念落實在BEMS的作法是將大樓裡的能源數(shù)據(jù)傳送到雲(yún)端，管理人員透過聯(lián)網(wǎng)設(shè)備就可以上雲(yún)取得經(jīng)過即時能源數(shù)據(jù)。雲(yún)端化的好處是物業(yè)管理者不必花錢、花時間建立實體的IT基礎(chǔ)架構(gòu)，更不須編制IT人員負(fù)責(zé)維修升級。

至於缺點則是有資安疑慮，而這也正是過去一段時間物業(yè)管理者對雲(yún)端抱持保留態(tài)度的主因。不過吳建德指出，今年COVID-19疫情充斥全球產(chǎn)業(yè)，包括建築管理在內(nèi)的業(yè)者都被迫採用雲(yún)端機制，從遠(yuǎn)端控管各地設(shè)備，雲(yún)端需求因此上升，近期西門子就有多起導(dǎo)入雲(yún)端的相關(guān)詢問。

至於智慧化則是拜AI啟動所賜。近年來AI與物聯(lián)網(wǎng)整合而成的AIoT成為業(yè)界趨勢，在BEMS中，AI的主要作用是透過數(shù)據(jù)的運算分析，提前預(yù)估、偵測、診斷建築物中的能源潛在問題，這類系統(tǒng)也屬於BEMS的一部分，其使用者非現(xiàn)場管理者，而是更高階的決策者。

以西門子的產(chǎn)品為例，就是其Navigator系統(tǒng)。此系統(tǒng)可分析建築物的內(nèi)外資料，並協(xié)助分析水電帳單，藉以找出潛在的數(shù)據(jù)錯誤，提高資料品質(zhì)，改善大樓運作以及預(yù)估營運預(yù)算，另外這類系統(tǒng)也都會上雲(yún)，讓使用者可經(jīng)由行動應(yīng)用程式，隨時隨地稽核能源，並製作稽核報告。

HEMS需要軟硬兼具

能源管理在建築空間的另一個重點應(yīng)用是家庭，也就是近幾年市場常聽到的HEMS。HEMS與BEMS一樣，都是以IoT為主要架構(gòu)，不過聯(lián)齊科技產(chǎn)品總監(jiān)小長井教宏指出，IoT的應(yīng)用多元，其架構(gòu)與功能會因應(yīng)導(dǎo)入場景有所調(diào)整，因此聯(lián)齊科技將能源所用的IoT更名為IoE（Internet of Energy），以與其他領(lǐng)域的IoT作區(qū)隔。

圖3 : 聯(lián)齊科技產(chǎn)品總監(jiān)小長井教宏認(rèn)為，家庭並非HEMS的唯一應(yīng)用，其架構(gòu)也可橫向複製到辦公室、醫(yī)療院所等其他室內(nèi)場域。（攝影／王明德）

HEMS所用的IoE架構(gòu)與BEMS類似，其系統(tǒng)都需要與閘道器、邊緣設(shè)備介接，不同的是HEMS因使用族群為一般家庭，此族群大多不具備IT、電器等專業(yè)，因此廠商所推出的解決方案必須易於安裝，最好是買回去接上電源，使用者不須作其他設(shè)定，設(shè)備就會自動與家中的其他電器設(shè)備連結(jié)並且上線運作。

不過要做到上述功能並不簡單，為了推動智慧家庭，近年來各國電器廠商紛紛籌組聯(lián)盟，透過聯(lián)盟制定共通的電器通訊標(biāo)準(zhǔn)，不過各國之間的規(guī)範(fàn)並未統(tǒng)一，因此有意投入的廠商必須強化目標(biāo)市場的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)知。

至於在運作方面，HEMS主要訴求是偵測各節(jié)點的耗電數(shù)據(jù)，再以後端軟體分析，藉此改變用電行為，達到省電目標(biāo)。要達此目標(biāo)，就必須妥善規(guī)畫系統(tǒng)的架構(gòu)運作。

在能耗偵測方面，系統(tǒng)必須取得每個節(jié)點的數(shù)據(jù)，建立起完善的資料庫後，後續(xù)的分析結(jié)果才會準(zhǔn)確有意義。取得數(shù)據(jù)並分析後所地的結(jié)果，則必須經(jīng)過可視化設(shè)計，以直覺方式呈現(xiàn)在使用者眼前，藉此降低管理難度。

另外，為求便利，HEMS現(xiàn)也走向雲(yún)端化，小長井教宏表示，聯(lián)齊科技的主力產(chǎn)品－智慧能源閘道器CUBE，其角色就是家庭中的能源閘道器，將數(shù)據(jù)傳到上層的雲(yún)端平臺，並搭配該公司的Ecogenie APP，讓使用者可透過聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上線查看家中的用電資訊。

橫向複製擴大應(yīng)用市場

目前HEMS多使用於家庭，不過小長井教宏認(rèn)為這並非唯一市場，醫(yī)療、企業(yè)辦公室等室內(nèi)空間也會是目標(biāo)場域，近期聯(lián)齊科技與成功大學(xué)資訊工程系及醫(yī)學(xué)院護理學(xué)系研發(fā)的「智慧手環(huán)體溫預(yù)警系統(tǒng)」，就已正式導(dǎo)入成大醫(yī)院內(nèi)科病房，此案例的系統(tǒng)架構(gòu)與HEMS相同，都是由感測器、閘道器與雲(yún)端平臺等三大要素所組成，再經(jīng)過調(diào)整後，還可橫向複製到其他領(lǐng)域。

觀察整體市場可以看出，無論是BEMS或HEMS的功能設(shè)計，都讓能源管理從過去的被動節(jié)能，轉(zhuǎn)化為積極掌握能耗數(shù)據(jù)、改變用電行為的主動作為，而此作為不但可減輕地球的環(huán)境負(fù)擔(dān)，企業(yè)與家庭更可因此降低電費，在誘因充足、技術(shù)齊備且政府單位的政策支援下，建築與家庭的智慧能源管理市場預(yù)期將快速加溫，成為下一個具發(fā)展?jié)摿Φ氖袌觥?/span>

*刊頭圖（Source：Laplace Solutions）