十五廠辦公大樓節能照明控制與設計

前言

隨著TSMC辦公大樓越蓋越大、也越來越高，同仁對辦公大樓的期許也越來越高，本文對辦公室的室內照明設計步驟定義為設計條件、燈控系統選擇、控制劃分、辦公室照明設計與節能應用五個階段來敘述照明系統設計的過程。

文獻回顧

人們對照明的需求由簡單的有亮就好逐漸演變要夠亮、容易控制、同時兼顧視覺美觀。歷經F12P1、F12P4、F14P3三棟辦公大樓建構的經驗，每個時期同仁皆有不同需求反應；因此，如何設計既要符合同仁需求又得兼顧綠建築要求的照明系統，實為新建辦公室規劃的當務之急。

計畫方法

利用照明設計五個階段，藉以說明如何設計一棟新的辦公大樓照明系統，設計過程中利用到照明分析軟體(DIALux)並請燈具製造商與燈控廠商協助完成整棟辦公大樓燈光設計 。

設計條件

主要是收集相關法規與同仁對辦公室照明的意見，進而評估新辦公室規劃所採用的照明控制器類型及燈具型式，以滿足簡單的控制與節能需求。

意見回饋

公共設施服務部負責辦公大樓運轉與維護已近10年，這段期間收集到與照明相關意見如下表：

燈控系統選擇

在科技發達的今天，照明需求也多樣化，然而此多樣化不只侷限在不同類型的燈具，照明控制的需求也逐漸的增加，尤其如何建立一套功能強大與價格合理及親和式控制介面一直是業界的努力目標。

回路開關、回路調光、開關和光源的簡單連接而形成的傳統電氣照明技術已經難以滿足目前市場對照明設備的需求了。如類比介面(1～10V)的控制設備即不具備靈活性，沒有能力在一個系統中對每個光源實施控制，不能自由重新組合每個光源，也無法即時回饋光源的狀態。且市場上對照明的控制技術及協議繁多，（如485、232、DMX、EIB、LON等）但由於不是統一的技術協議平台，因此不能相互通信，相互兼容。本案在設計之初即尋找符合國際規範，未來不至於因標準變更或該型式產品停產導致斷貨，且該燈控系統必須是未來照明控制的主流產品，在偶然的機會参加研討會接觸到DALI燈控系統，透過解說與後續資料查詢，發現其條件符合辦公棟的需求。

何謂DALI

DALI是一個數位傳輸的協議，它定義了照明燈具與系統設備控制器（如感應器、網閘等）之間的數位通信方式，採開放式系統架構DALI最大特點是每個燈具有獨立位址，透過DALI系統軟體可對單燈或任意的燈組進行精確地的調光及開關控制，不論這些燈具在電力系統上是同一個迴路或不同迴路。DALI系統軟體可對不同迴路上的單一盞燈或多盞燈具進行獨立尋址，進而實現單獨控制和任意分組。這一想法讓照明控制有極大的靈活性，用戶依可隨心所欲的滿足其需要的照明設計方案，甚至在安裝結束後的進行過程中仍可任意修改控制要求，而無須對線路做任何變更。由於系統結構簡單，無須照明控制箱或調光箱，並可保留傳統的佈線方法，因此DALI技術的應用可實現簡化安裝程序，降低佈線成本，縮短調適時間，達到許多其它照明控制系統無法實現的功能。

再者，DALI具備簡化的數位化通訊方式，一個局部系統內所有控制元件都是以極簡化又無干擾的方式進行通訊的。它對數據電纜沒有特殊要求，也不需要在電纜上安裝末端電組來防止反射。

例如，圖一為TSMC既設廠區燈控系統架構圖，電燈控制群組需經電驛才可控制電燈開/關，整體系統架構僵化，若要變更控制群組需重新配線與結線。

圖二為DALI燈控系統架構圖，配置網路線至每一盞電燈，電燈電源配線依照法規設計配線，且網路線可與電燈電源線共管，不受干擾。每一盞電燈可單獨調光或開/關，控制彈性大，亦可配合需求調整程式，不需任何工程變更費用。

圖三為辦公室電燈開關設計，維持空間開闊性，取消電燈拉鍊開關，在辦公室柱區上設置網路開關，讓每盞燈可單獨控制亦可群組控制

費用比較

表一為十五廠辦公棟3~5F辦公區所使用的燈具數量，與採用DALI與十二廠四期燈控模式施工費用比較表，顯示在燈具控制系統與施工費用上DALI較傳統燈控節省了1,296,713元，惟燈具價格高出1,063,800元，所以，整體施工費用節省232,913元。長期而言，依據DALI系統普及化使用，DALI安定器與普通安定器的價格會逐漸縮小，屆時價格優勢會更明顯。

優缺點比較(表二)

照明控制區域劃分：

在合理預算範圍內提供設計者各區燈控設計的準則，例如，需細膩控制採單點控制；大區域多燈數採群組控制；可自主管理區域以傳統燈控，各區域設計劃分如下

依控制方法劃分：

DALI：可單點控制亦可群組控制

電驛(RELAY)：群組控制

單獨控制：傳統開關

依控制區域劃分：

DALI：辦公區及員工大廳。

電驛(RELAY)：餐廳、走廊、梯廳、簡餐區、挑空區、植生牆照明、上網區、潔淨室入口、靠窗樓梯、茶水間。

單獨控制(現場開關)：經理辦公室、會議室、訓練教室、機房、戰情室。

配電盤控制(盤內開關)：停車場照明。

辦公室照明設計

辦公室之照明除應考慮節約能源，亦不宜忽略照度及舒適性。選用省電照明燈具、良好的照明設計、避免浪費能源、再定期做好燈具的維護，就能保持舒適的照明環境。

美國建築照明之節能規範概要

美國能源主管機關為能源部，美國照明節能規範主要係依據美國聯邦能源部建築節能計畫之標準與指導方案(Building Standards &Guide-lines Program, BSGP)所建立，其主要之節能標準為美國冷凍空調學會與照明學會所共同制定之ANSI/ASHRAE/IES 90.1-2004 (Energy Efficient Design of New Buildings Except Low-rise ResidentialBuildings)。美國各州政府則以ANSI/ASHRAE/IES 90.1-2004為基準，訂定各州的節能法規，因此美國各州對於照明規範雖然不盡相同，惟基本上仍應要符合基準之要求。照明節能的基準要求係採以規定照明功率密度LPD (lightingpower density, W/m2)基準值之公式如下所示，再依據實際建築空間使用類型以面積檢核方式或是採用逐室空間檢核方式，檢核其是否超過各該基準值。

照明功率密度(LPD)計算公式：

不同燈具的比較

既設廠區辦公區域照明設計要求平均照度在500Lux，相鄰兩個座位量測照度值有±300Lux差異，造成現場光環境差異過大，工作上容易造成眼睛疲勞與不舒服。F15 辦公區在設計時規範桌面照度在700±100Lux，採用分析軟體(DIALux)在不同隔屏高度家具與不同型式燈具排列方式與燈管型式作過模擬比較，發現在PH-TL282099 DALI 節能標章燈具在照度表現與均勻度上較佳，且照明密度較貼近LEED要求，採DALI照明控制系統調整空間均勻照度至700Lux，照明密度符合LEED要求。

燈管的選擇

光源之效率常以(lm/W)表示，代表輸入1W 之電力，可以發出多少流明(Lumen)之光線（稱為光束）。光源之效率與壽命都會在製造廠之型錄上列出，基於經濟及維護的考量，選用發光效率高且壽命長，又可以兼顧換裝費用低廉者，應是特別重要的考量；螢光燈管自T10 進化到T9、T8，管徑愈小，其發光效率愈高，T5燈管價格已逐年降低。下表為Philips荷蘭進口燈管售價比較，T5燈管在價格與壽命較T8燈管優異，而且，使用汞的含量更低，更加符合環保的要求。所以T5-28W比原T8-32W節省燈管耗電約4W，搭配高效率的燈具可以達到辦公室對光的需求。

節能應用

DALI在照明系統在控制上可達到單獨一盞電燈的調控或群組的控制，功能上較電驛控制彈性大，只需在軟體重新設定即可，若與感應器(Light sensor/motion sensor)結合，加上時程控制依據PHILIPS操作手冊上顯示耗能可降低到45%。由於十五廠辦公棟剛建置完成，相關數據尚在收集中，後續照明節能應用與探索也需與再與十二廠四期辦公棟作比較。

結論

因節約能源與環境保護所衍生的綠色照明已成為目前照明產業的主流趨勢，配合數位化電子安定器的照明燈具，將所有照明設備做整合之控制將會逐漸形成智慧型大樓建築的主流，目前無論國內外新建築都已將兼顧節能與情境之智慧型照明列為必要功能，而這些未來整合照明控制的核心技術就是DALI數位介面的引入及相容性的建立，利用數位介面協定，將來以數位控制的照明燈具均將納入電腦監控的範圍，得以完成更加舒適化、更節能的智慧型功能。