CN105652701A - 能源管理装置及能源管理方法 - Google Patents

Abstract

一种能源管理装置及能源管理方法。该能源管理装置接收多个第一运转数据及多个环境数据，利用该等第一运转数据及该等环境数据进行能源模拟以得到多个能源模拟数据，计算一实际环境值及该等模拟数据中的一模拟环境值之间的一误差值，根据该误差值决定一模拟目标值，且利用一搜寻算法及该模拟目标值进行能源模拟以决定多个第二运转数据。该等第一运转数据对应至一第一时间区间，各该第一运转数据对应至多个设备其中之一，该等第二运转数据对应至一第二时间区间，各该第二运转数据对应至该等设备其中之一。

Description

能源管理装置及能源管理方法

技术领域

本发明系关于一种能源管理装置及能源管理方法；更具体而言，本发明系关于一种基于动态能源模拟的能源管理装置及能源管理方法。

背景技术

在资源渐趋匮乏且能源价格日益上涨的今日，能源管理已逐渐地成为社会大众关切的议题。经由量测、记录及分析过往的能源消耗情形，再依据分析的结果改变能源消耗的方式(例如：针对一建筑物，改变其内的设备的运转模式)，此为能源管理机制的基本运作概念。

习知的能源管理机制皆仅针对单一类型设备进行能源消耗分析，利用于一段长时间(例如：一年)内搜集到的能源消耗数据，为该类型设备建立回归方程式(例如：冰水主机耗电性能回归分析、水泵运转性能回归分析等等)，推算该类型设备最低耗能的运转模式，再以该最低耗能的运转模式所对应的参数来控制该类型设备。由于采用建立回归方程式的技术，因此习知的能源管理机制必须大规模地搜集设备的重要参数的历史数据。当所考虑的参数不够完整，习知的能源管理机制所预测的结果便会不够准确。此外，由于采用建立回归方程式的技术，习知的能源管理机制不具备扩充性，故于应用上不具备弹性。再者，习知的能源管理机制忽略了某些决定用电行为的因素(例如：大规模用户的用电行为主要系取决于环境温度、季节、建筑本体设计等因素)，亦导致习知的能源管理机制所预测的结果便会不够准确。

有鉴于此，本发明所属技术领域仍亟需一种能考虑多面向因素且具有扩充性的能源管理机制。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种能源管理装置。该能源管理装置包含一接口及一处理器，且该接口及该处理器彼此电性连接。该接口接收多个第一运转数据及多个环境数据，其中该等第一运转数据对应至一第一时间区间，且各该第一运转数据对应至多个设备其中之一。该处理器利用该等第一运转数据及该等环境数据进行能源模拟以得到多个能源模拟数据，计算一实际环境值及该等模拟数据中的一模拟环境值之间的一误差值，根据该误差值决定一模拟目标值，且利用一搜寻算法及该模拟目标值进行能源模拟以决定多个第二运转数据。该等第二运转数据对应至一第二时间区间，各该第二运转数据对应至该等设备其中之一，且该第二时间区间晚于该第一时间区间。

本发明的另一目的在于提供一种用于一电子装置的能源管理方法。该能源管理方法包含下列步骤：(a)接收多个第一运转数据及多个环境数据，其中该等第一运转数据对应至一第一时间区间，且各该第一运转数据对应至多个设备其中之一，(b)利用该等第一运转数据及该等环境数据进行能源模拟以得到多个能源模拟数据，(c)计算一实际环境值及该等模拟数据中的一模拟环境值之间的一误差值，(d)根据该误差值决定一模拟目标值，以及(e)利用一搜寻算法及该模拟目标值进行能源模拟以决定多个第二运转数据，其中该等第二运转数据对应至一第二时间区间，各该第二运转数据对应至该等设备其中之一，且该第二时间区间晚于该第一时间区间。

本发明所提供的能源管理装置及能源管理方法系针对多个设备进行能源管理(亦即，本发明会决定各个设备的某一或某些运转数据/参数)，以使该等设备所处的区域达到一或多个预设目标值。简言之，本发明依据多个环境数据以及该等设备于某一时间区间运转时的运转数据进行能源模拟，并依据能源模拟的结果决定该等设备于下一时间区间运转时的运转数据。本发明针对下一时间区间所决定的该等运转数据能使该等设备所处的区域符合一或多个预设目标值。

由于本发明在进行能源模拟的过程不仅参考该等设备于某一时间区间运转时的运转数据，更参考该等环境数据，因此能提高能源模拟的正确性，进而为该等设备决定出能达到较低耗能的运转数据。再者，本发明并未采用建立回归方程式的技术，因而不会有耗时过长的问题。于实际应用上，使用者或管理者可依其需求设定每一时间区间的长度，因而能够达到短时间内便能快速地调整该等设备的该等运转参数，有效率地达到节能的效果。

以下结合图式阐述本发明的详细技术及较佳实施方式，俾使本发明所属技术领域中具有通常知识者能理解所请求保护的发明的特征。

附图说明

图1系描绘本发明的第一实施方式的架构示意图；以及

图2系描绘本发明的第二实施方式的流程图。

符号说明：

11：能源管理装置

111：接口

113：处理器

115：储存单元

117：控制单元

10a、10b、12a、12b：设备

100a、100b、120a、120b：运转数据

102a、102b、122a、122b：运转数据

S201～S211：步骤

具体实施方式

以下将透过实施方式来解释本发明所提供的能源管理装置及能源管理方法。然而，该等实施方式并非用以限制本发明需在如该等实施方式所述的任何环境、应用或方式方能实施。因此，关于实施方式的说明仅为阐释本发明的目的，而非用以限制本发明的范围。应理解，在以下实施方式及图式中，与本发明非直接相关的组件已省略而未绘示。

本发明的第一实施方式为一能源管理装置11，其架构示意图系描绘于图1。能源管理装置11包含一接口111、一处理器113、一储存单元115及一控制单元117，其中该处理器113电性连接至接口111、储存单元115及控制单元117。接口111可为任何能接收及传送信号的接口。处理器113可为各种处理器、中央处理单元(centralprocessingunit；CPU)、微处理器或本发明所属技术领域中具有通常知识者所知悉的其它计算装置其中的任一者。储存单元115可为一存储器、一软盘、一硬盘、一光盘(compactdisk；CD)、一随身碟、一磁带、一数据库或本发明所属技术领域具有通常知识者所知悉且具有相同功能的任何其它储存媒体或电路。控制单元117可为任何能传送消息至其它设备的组件或任何能控制其它设备的参数的组件。

于本实施方式中，多个设备10a、……、10b、12a、……、12b被设置于一区域(例如：一栋建筑物、一工厂)，其中设备10a、……、10b可为同一类型的装置(例如：冰水主机)且设备12a、……、12b可为同一类型的装置(例如：冷却水塔)。能源管理装置11会对设备10a、……、10b、12a、……、12b进行能源管理(亦即，能源管理装置11会决定各个设备10a、……、10b、12a、……、12b的某一或某些运转数据/参数)，以达到一或多个预设目标值(例如：使该区域中的某一或某些地方达到摄氏23度，此摄氏23度即为预设目标值)。需说明者，本发明并未限制能源管理装置11所能进行能源管理的设备的数目以及设备类型的数目。

简言之，能源管理装置11会利用对应至一第一时间区间的多个第一运转数据100a、……、100b、120a、……、120b及多个环境数据140a、……、140b进行能源模拟。第一运转数据100a、……、100b、120a、……、120b分别为设备10a、……、10b、12a、……、12b于第一时间区间运转时的相关数据/参数。举例而言，当设备10a为冰水主机时，第一运转数据100a可包含设备10a于第一时间区间运转时的出水温度。再举例而言，当设备12a为冷却水塔时，第一运转数据120a可包含设备12a于第一时间区间运转时的出水温度。能源管理装置11再依据能源模拟的结果进行搜寻探索，藉此决定设备10a、……、10b、12a、……、12b在第一时间区间后的第二时间区间运转时的多个第二运转数据102a、……、102b、122a、……、122b。以下将描述能源管理装置11的详细运作机制。

接口111会接收多个第一运转数据100a、……、100b、120a、……、120b。于本实施方式中，接口111系直接地自设备10a、……、10b、12a、……、12b接收第一运转数据100a、……、100b、120a、……、120b。然而，于其它实施方式中，接口111可间接地接收第一运转数据100a、……、100b、120a、……、120b，例如：透过一数据收集装置、透过一网关器等方式。如前所述，第一运转数据100a、……、100b、120a、……、120b分别对应至设备10a、……、10b、12a、……、12b，且第一运转数据100a、……、100b、120a、……、120b皆对应至第一时间区间。

接口111亦会接收多个环境数据140a、……、140b。环境数据140a、……、140b中，可有某一个或某些个为设备10a、……、10b、12a、……、12b中的任一个或多个的负载数据。环境数据140a、……、140b中，可有某一个或某些个为气象数据(例如：某一季节、某一月份的气象数据)且该气象数据可与第一时间区间或/及第二时间区间相关，但不限于此。当设备10a、……、10b、12a、……、12b设置于一建筑物时，环境数据140a、……、140b中，可有某一个或某些个为该建筑物的一模型数据、该建筑物的一人员负载数据或/及该建筑物的一室内环境感测数据(例如：干球温度、湿球温度、照明亮度等等)。需说明者，前述环境数据140a、……、140b的各种实施态样仅为举例说明而已，本发明所属技术领域中具有通常知识者应可理解环境数据140a、……、140b亦可包含其它与设备10a、……、10b、12a、……、12b所处的环境相关的数据。

于本实施方式中，接口111接收第一运转数据100a、……、100b、120a、……、120b及环境数据140a、……、140b后，处理器113会将第一运转数据100a、……、100b、120a、……、120b及环境数据140a、……、140b储存于储存单元115。需说明者，于其它实施方式中，若能源管理装置11不包含储存单元115，或能源管理装置11所包含的储存单元115的储存空间有限，则可省略前述储存第一运转数据100a、……、100b、120a、……、120b及环境数据140a、……、140b的运作。

之后，处理器113利用第一运转数据100a、……、100b、120a、……、120b及环境数据140a、……、140b进行能源模拟以得到多个能源模拟数据(未绘示)。举例而言，处理器113可利用由美国能源部所资助开发的名为EnergyPlus的软件进行能源模拟。若处理器113采用EnergyPlus软件进行能源模拟，则在进行能源模拟之前，处理器113必须先将第一运转数据100a、……、100b、120a、……、120b及环境数据140a、……、140b转换为EnergyPlus软件所能读取的数据格式。关于EnergyPlus软件进行能源模拟的具体运作机制及其所能输出的能源模拟数据，其为本发明所属技术领域中具有通常知识者所熟知。简言之，该等能源模拟数据所包含的种类与第一运转数据100a、……、100b、120a、……、120b及环境数据140a、……、140b的种类相关。举例而言，能源模拟数据可包含蒸发器的入水温度、出水温度、流量等等。再举例而言，能源模拟数据亦可包含冷凝器的冷却能力、水量、入水温度、出水温度等等。

接着，处理器113计算一实际环境值(未绘示)及该等模拟数据中的一模拟环境值(未绘示)之间的一误差值(未绘示)。此误差值代表设备10a、……、10b、12a、……、12b所处的实际环境与模拟环境间的差异。举例而言，实际环境值为设备10a、……、10b、12a、……、12b所处的环境中的一冷气机的出风口的量测温度(例如：摄氏26度)，模拟环境值为处理器113进行能源模拟后所获得的冷气机的出风口的量测温度(例如：摄氏25.7度)，而二者间的误差值为摄氏0.3度。

之后，处理器113根据此误差值决定一模拟目标值(未绘示)。处理器113可先将此误差值与一门槛值(未绘示)比较，再依据比较结果决定模拟目标值。若处理器113判断误差值小于门槛值，代表实际环境与模拟环境间的差异不大，处理器113便可以预设目标值作为模拟目标值。若处理器113判断误差值不小于门槛值，代表实际环境与模拟环境间的差异过大，处理器113便可依据误差值及预设目标值来决定模拟目标值。举例而言，处理器113可利用误差值来调整预设目标值以作为模拟目标值。

兹以一具体的范例进行说明。预设目标值为使用者或管理者希望设备10a、……、10b、12a、……、12b所处的区域能达到的温度，其为摄氏23度。实际环境值为设备10a、……、10b、12a、……、12b所处的环境中的冷气机的出风口的温度，其为摄氏26度。模拟环境值为处理器113进行能源模拟后所获得的冷气机的出风口的温度，其为摄氏25.7度。依据这些条件，处理器113所算出的误差值为摄氏0.3度。若处理器113判断此误差值小于门槛值，便以预设目标值作为模拟目标值；换言之，模拟目标值为摄氏26度。若处理器113判断此误差值不小于门槛值，便将预设目标值扣除误差值后的值作为模拟目标值；换言之，模拟目标值为摄氏25.7度。需说明者，此具体范例仅用以作为例示说明之用，本发明并未限制如何利用误差值来调整预设目标值以作为模拟目标值。

接着，处理器113利用一搜寻算法及模拟目标值进行能源模拟(例如：利用由美国能源部所资助开发的名为EnergyPlus的软件进行能源模拟)以决定第二运转数据102a、……、102b、122a、……、122b。举例而言，处理器113可利用虎克吉夫斯(Hooke-Jeeves)算法作为搜寻算法，而虎克吉夫斯算法的详细运作为本发明所属技术领域中具有通常知识者所熟知，故不赘言。于此阶段中，处理器113每次针对第一运转数据100a、……、100b、120a、……、120b中的一个进行调整(例如：若第一运转数据100a为设备10a于第一时间区间运转时的出水温度，则处理器113将此出水温度往上调整或往下调整)，再以调整后的该第一运转数据与其它第一运转数据进行能源模拟，藉此模拟出在模拟目标值下的耗电值。针对同一个第一运转数据，处理器113会进行一次或多次的调整，进行一次或多次的能源模拟，藉此得到一个或多个模拟出的耗电值。针对其它的第一运转数据，处理器113亦会以同样的运作方式进行能源模拟。在处理器113对第一运转数据100a、……、100b、120a、……、120b中的每一个皆进行调整及能源模拟之后，便选取耗电值最小者所对应的该等第一运转数据作为第二运转数据102a、……、102b、122a、……、122b。如前所述，第二运转数据102a、……、102b、122a、……、122b对应至第一时间区间后的一第二时间区间，且第二运转数据102a、……、102b、122a、……、122b分别对应至设备10a、……、10b、12a、……、12b。

于本实施方式中，在处理器113决定第二运转数据102a、……、102b、122a、……、122b后，控制单元117便会控制设备10a、……、10b、12a、……、12b于第二时间区间内依据第二运转数据102a、……、102b、122a、……、122b运行。需说明者，于其它实施方式中，能源管理装置11可不设置控制单元117，而是透过接口111将第二运转数据102a、……、102b、122a、……、122b传送至设备10a、……、10b、12a、……、12b，以使设备10a、……、10b、12a、……、12b于第二时间区间内依据第二运转数据102a、……、102b、122a、……、122b运行。

由上述说明可知，为了使设备10a、……、10b、12a、……、12b所处的区域达到一或多个预设目标值，能源管理装置11会依据环境数据140a、……、140b以及设备10a、……、10b、12a、……、12b于某一时间区间运转时的运转数据进行能源模拟，并依据能源模拟的结果决定设备10a、……、10b、12a、……、12b于下一时间区间运转时的运转数据。能源管理装置11针对下一时间区间所决定的运转数据能使设备10a、……、10b、12a、……、12b所处的区域达到一或多个预设目标值。

由于能源管理装置11在进行能源模拟的过程不仅参考设备10a、……、10b、12a、……、12b于某一时间区间运转时的运转数据，更参考环境数据140a、……、140b，因此能提高能源模拟的正确性，进而为设备10a、……、10b、12a、……、12b决定出能达到较低耗能的运转数据。再者，能源管理装置11并未采用建立回归方程式的技术，因而不会有耗时过长的问题。此外，于实际应用上，使用者或管理者可依其需求设定每一时间区间的长度(例如：15分钟)，因而能够达到短时间内便能快速地调整设备10a、……、10b、12a、……、12b的运转参数，有效率地达到节能的效果。

本发明的第二实施方式为一种用于一电子装置(例如第一实施方式的能源管理装置11)的能源管理方法，其流程图系描绘于图2。

该能源管理方法首先执行步骤S201，由电子装置接收多个第一运转数据及多个环境数据，其中该等第一运转数据对应至一第一时间区间，各该第一运转数据对应至多个设备其中之一。需说明者，各该环境数据可为各该设备的一负载数据或一气象数据。此外，若该等设备系设置于一建筑，则各该环境数据亦可为该建筑物的一模型数据、该建筑物的一人员负载数据或/及该建筑物的一室内环境感测数据。

之后，执行步骤S203，由电子装置利用该等第一运转数据及该等环境数据进行能源模拟以得到多个能源模拟数据。举例而言，步骤S203可利用一EnergyPlus软件进行能源模拟。当步骤S203系利用EnergyPlus软件进行能源模拟时，能源管理方法需于执行步骤S203之前执行另一步骤(未绘示)以将该等第一运转数据及该等环境数据转换为该EnergyPlus软件所能读取的数据格式。

接着，执行步骤S205，由电子装置计算一实际环境值及该等模拟数据中的一模拟环境值之间的一误差值。之后，执行步骤S207，由电子装置根据该误差值决定一模拟目标值。具体而言，若此能源管理方法于一步骤(未绘示)中判断该误差值小于一门槛值，则步骤S207决定该模拟目标值为一预设目标值。若此能源管理方法于一步骤(未绘示)中判断该误差值不小于一门槛值，则步骤S207依据该误差值及一预设目标值决定该模拟目标值。

接着，于步骤S209，由电子装置利用一搜寻算法及该模拟目标值进行能源模拟(例如：利用一EnergyPlus软件进行能源模拟)以决定多个第二运转数据。举例而言，该搜寻算法为一虎克吉夫斯算法。该等第二运转数据对应至一第二时间区间，各该第二运转数据对应至该等设备其中之一，且该第二时间区间晚于该第一时间区间。之后，于步骤S211，由电子装置控制该等设备于该第二时间区间内依据该等第二运转数据运行。

除了上述步骤，第二实施方式亦能执行第一实施方式所描述的所有操作、功能及步骤。本发明所属技术领域中具有通常知识者可直接了解第二实施方式如何基于上述第一实施方式以执行此等操作、功能及步骤，故不赘述。

在第二实施方式中所阐述的能源管理方法可由具有多个指令的一计算机程序产品实现。各计算机程序产品可为能被于网络上传输的档案，亦可被储存于一非瞬时计算机可读取储存媒体中。针对各计算机程序产品，在其所包含的该等指令被加载至一电子装置(例如：第一实施方式的电子装置1)之后，该计算机程序执行如在第二实施方式所述的能源管理方法。该非瞬时计算机可读取储存媒体可为一电子产品，例如一只读存储器(readonlymemory；ROM)、一闪存、一软盘、一硬盘、一光盘(compactdisk；CD)、一随身碟、一磁带、一可由网络存取的数据库或本发明所属技术领域中具有通常知识者所知且具有相同功能的任何其它储存媒体。

需说明者，于本发明专利说明书中，第一时间区间及第二时间区间中的“第一”及“第二”仅用来表示该等时间区间为不同时间区间而已。类似的，第一运转数据及第二运转数据中的“第一”及“第二”仅用来表示该等运转数据为不同时间区间所对应的运转数据而已。

综上所述，本发明能针对多个设备进行能源管理(亦即，本发明会决定各个设备的某一或某些运转数据/参数)，以使该等设备所处的区域达到一或多个预设目标值。简言之，本发明依据多个环境数据以及该等设备于某一时间区间运转时的运转数据进行能源模拟，并依据能源模拟的结果决定该等设备于下一时间区间运转时的运转数据。本发明针对下一时间区间所决定的该等运转数据能使该等设备所处的区域符合一或多个预设目标值。

由于本发明在进行能源模拟的过程不仅参考该等设备于某一时间区间运转时的运转数据，更参考该等环境数据，因此能提高能源模拟的正确性，进而为该等设备决定出能达到较低耗能的运转数据。再者，本发明并未采用建立回归方程式的技术，因而不会有耗时过长的问题。于实际应用上，使用者或管理者可依其需求设定每一时间区间的长度，因而能够达到短时间内便能快速地调整该等设备的该等运转参数，有效率地达到节能的效果。

上述实施方式仅用来例举本发明的部分实施态样，以及阐释本发明的技术特征，但并非用来限制本发明的保护范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，而本发明的权利保护范围以申请专利范围为准。

Claims (17)

1.一种能源管理装置，包含：

接口，接收多个第一运转数据及多个环境数据，该等第一运转数据对应至第一时间区间，各该第一运转数据对应至多个设备其中之一；以及

处理器，电性连接至该接口，利用该等第一运转数据及该等环境数据进行能源模拟以得到多个能源模拟数据，计算实际环境值及该等模拟数据中的模拟环境值之间的误差值，根据该误差值决定模拟目标值，利用搜寻算法及该模拟目标值进行能源模拟以决定多个第二运转数据，该等第二运转数据对应至第二时间区间，各该第二运转数据对应至该等设备其中之一，且该第二时间区间晚于该第一时间区间。

2.如权利要求1所述的能源管理装置，其特征在于，更包含：

控制单元，电性连接至该处理器及该等设备，且控制该等设备于该第二时间区间内依据该等第二运转数据运行。

3.如权利要求1所述的能源管理装置，其特征在于，更包含：

储存单元，电性连接至该处理器，且储存该等第一运转数据及该等环境数据。

4.如权利要求1所述的能源管理装置，其特征在于，该处理器利用EnergyPlus软件进行能源模拟。

5.如权利要求4所述的能源管理装置，其特征在于，该处理器更将该等第一运转数据及该等环境数据转换为该EnergyPlus软件所能读取的数据格式。

6.如权利要求1所述的能源管理装置，其特征在于，该处理器更判断该误差值小于门槛值，该处理器决定该模拟目标值为预设目标值。

7.如权利要求1所述的能源管理装置，其特征在于，该处理器更判断该误差值大于门槛值，该处理器依据该误差值及预设目标值决定该模拟目标值。

8.如权利要求1所述的能源管理装置，其特征在于，该等设备设置于建筑物，各该环境数据为该建筑物的模型数据、该建筑物的人员负载数据、各该设备的负载数据、该建筑物的室内环境感测数据及气象数据其中之一。

9.如权利要求1所述的能源管理装置，其特征在于，该搜寻算法为虎克吉夫斯算法。

10.一种用于电子装置的能源管理方法，包含下列步骤：

(a)接收多个第一运转数据及多个环境数据，其中该等第一运转数据对应至第一时间区间，各该第一运转数据对应至多个设备其中之一；

(b)利用该等第一运转数据及该等环境数据进行能源模拟以得到多个能源模拟数据；

(c)计算实际环境值及该等模拟数据中的模拟环境值之间的误差值；

(d)根据该误差值决定模拟目标值；以及

(e)利用搜寻算法及该模拟目标值进行能源模拟以决定多个第二运转数据，其中该等第二运转数据对应至第二时间区间，各该第二运转数据对应至该等设备其中之一，且该第二时间区间晚于该第一时间区间。

11.如权利要求10所述的能源管理方法，其特征在于，更包含下列步骤：

控制该等设备于该第二时间区间内依据该等第二运转数据运行。

12.如权利要求10所述的能源管理方法，其特征在于，该步骤(b)利用EnergyPlus软件进行能源模拟。

13.如权利要求12所述的能源管理方法，其特征在于，更包含下列步骤：

将该等第一运转数据及该等环境数据转换为该EnergyPlus软件所能读取的数据格式。

14.如权利要求10所述的能源管理方法，其特征在于，更包含下列步骤：

判断该误差值小于门槛值；

其中该步骤(d)决定该模拟目标值为预设目标值。

15.如权利要求10所述的能源管理方法，其特征在于，更包含下列步骤：

判断该误差值大于门槛值；

其中该步骤(d)依据该误差值及预设目标值决定该模拟目标值。

16.如权利要求10所述的能源管理方法，其特征在于，该等设备设置于建筑，各该环境数据为该建筑物的模型数据、该建筑物的人员负载数据、各该设备的负载数据、该建筑物的室内环境感测数据及气象数据其中之一。

17.如权利要求10所述的能源管理方法，其特征在于，该搜寻算法为虎克吉夫斯算法。