化石能源是目前最重要的能源在透过燃烧来转换成其他能源时产生.DOC

生態建築學 能源監控系統 設計與應用 目 錄 一、前言 - 2 - 二、能源監控系統的設計 - 2 - （一）構想 - 2 - （二）硬體設施 - 3 - （三）軟體設計 - 4 - 三、應用 - 4 - （一）目的 - 4 - （二）使用場所 - 5 - （三）應用於住家的設計 - 6 - （四）與節能的結合 - 6 - （五）實例 - 8 - 四、推廣與發展 - 10 - 五、結語 - 11 - 六、參考資料 - 11 - 七、附錄 - 11 - （一）高中背景 - 11 - （二）心得 - 12 - （三）聯絡資料 - 13 - 一、前言 化石能源是目前最重要的能源，在透過燃燒來轉換成其他能源時，產生以二氧化碳為主的大量溫室氣體，以及污染空氣的懸浮物質，但是使用的效能卻又不高。因此能源相關的問題已成為近年來備受關注的環保及科技議題，像是乾淨能源的開發與使用、節能的硬體材料及方式、能源監控等。透過各個領域的研究與合作，期望能減緩溫室效應，以及解決石油用罄時可能造成的能源危機。 能源監控最主要的目的是了解目前能源使用的情況，監控所產生的數據可作為改善能源應用的參考。目前台灣地區使用能源監控系統的單位多屬工廠與學校，工廠使用的原因在於成本上的考量，減少不必要的能源消耗可降低生產成本，相對可獲得較高地利潤。學校的用電量相當驚人，約有三萬六千人的台灣大學一年水電費將近三億，清華大學將近有一萬五千人水電費也需上億元。透過能源監控系統的協助，可有效地管理能源消耗，即使只改善小部分的用電量也可省一大筆開銷。 一般家庭的用電量遠比不上學校和工廠，監控系統的建置又需額外的費用，在極短的時間內不易從省下來的電費回收成本，又能源監控的概念在台灣地區尚需努力推廣，使得台灣地區一般家庭使用能源監控系統的普及率相當低。 能源監控系統除被動地分析及提共能源使用的情況外，也可結合居家自動化控制的概念，主動進行節省能源的措施。譬如說監控系統可以感測室內的亮度，將燈光調整成適當的大小，並可控制窗戶適量地導入太陽光；室內空調也適用這種想法。 良好設計的能源監控系統不僅可以協助我們省去不必要的能源消耗，更可主動與環境互動來最佳化使用的能源，因此這個領域對於大量使用化石能源的人們顯得相當重要。 二、能源監控系統的設計 （一）構想 監控系統主要的任務是監控並紀錄結果，系統可分為感測單元、主機及使用介面三個部份來設計。感測單元偵測用電量、氣溫、亮度等所需數值，並將數值傳回給主機。主機負責分析數值，採取適當的動作並透過使用介面顯示，或者傳輸到遠端的電腦。 硬體的設計必須相當省電，不然若系統本身使用太多電力，反而造成更多能源的消耗，失去了系統存在的意義。 感測單元與主機間的通訊也是一大考量，常見的通訊方式可分為有線及無線通訊。系統採用的通訊方式將會影響電力的使用、傳輸距離、設置時的複雜度以及元件的擴充性。 以目前技術來說，結合自動化控制並不困難，但是對於各種擁有自動化控制的裝置，在工業界中沒有普遍被接受的溝通方式。因此目前應先制定出標準規範，使得各式各樣的裝置對於自動化控制有一致的通訊介面。 （二）硬體設施 感測單元與主機的通訊介面可用USB或WPAN（Wireless Personal Area Network）來實作。USB是電子裝置中有線通訊最為普遍的介面，它的優勢在於介面簡單、相容性高、傳輸速度快。使用一般傳輸線可傳輸約五公尺的距離，若採用網路線（RJ45 CAT5）作為實質傳輸媒體，傳輸距離可長達一百公尺。USB介面本身包含電源的傳輸，可供應每個裝置100mA的電量，因此使用USB介面的感測單元不需使用獨立的外部電源。然而這些傳輸線大大增加設置系統時的複雜度，成本也因布線材料提高不少。我推測這就是謂何USB介面及少用在監控系統的原因。 WPAN中Bluetooth和ZigBee是相當流行的技術。Bluetooth主要是用在行動電話、耳機等個人周邊電子產品的互相通訊；ZigBee的性質與Bluetooth相近，但主要使用在偵測裝置與主機間的通訊，並且相當強調低功耗。使用一般電池的偵測裝置大約可維持三到六個月，在其間完全不需要更換電池。雖然裝置需依靠外部電源（通常是電池），但是設置時相當簡單，成本也不高且擴充性大，目前感測單元多以ZigBee或類似的介面為主。 主機只需接收數值、分析、顯示或傳送數據到遠端電腦，採用嵌入式系統已相當足夠，且耗電量約10W，比一般動輒兩三百瓦的個人電腦相比，節省相當多的能源。 （三）軟體設計 使用介面應能顯示即時的偵測數據，並且提供各種類別的統計圖表。系統定期將統計的數據傳送到遠端的資料庫，以利數據長期的保存。系統也可透過網路提供即時的數據，讓使用者在外出期間可以透過網頁瀏覽器監看住家能源使用情形