第三章 國內外智慧綠建築節能技術之案例與剖析
第二節 國外應用智慧綠建築技術之案例探討
本節將蒐集國際間建築物獲社區導入智慧綠建築技術之案例，並進 行深入探討，以探索未來可應用於減緩我國建築部門夏季尖峰用電之相 關技術：
一、國外建築物導入智慧綠建築應用技術之案例-美國國家再生能源實 驗室-研究支援中心（National Renewable Energy
Laboratory-Research Support Facility, NREL-RSF）14
該中心於 2010 年 10 月正式啟用，是一棟相當節能的建築。該棟建 築的總面積大約為 23 萬平方英呎，員工人數約為 800 人，建築耗能密 度（EUI）為每年 34kBtu╱ft2yr（約 105kWh╱m2yr），其建築性能評比 與美國冷凍空調協會（American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, ASHRAE）之 90.1 2004 之標準相較約高出 50％，並通過美國 LEED 的白金級建築認證，由於該建築的總花費約為 6,400 萬美元，換算成單位面積造價為 259 美元，與鄰近地區大樓建造
14：李浩銓，零耗能建築國際案例介紹，能源報導 2011 年 8 月
費用相比屬中間偏高。未來此中心屋頂將裝設 1.6MW 的太陽能發電系 統（PV system15），並加入當地購電電網，也將輸入由相鄰停車場屋頂 產生之太陽能電力，以補足不夠的電能，將成為美國第 1 棟生活中（非 展示示範）的大型辦公建築且能達到淨零耗能，如下圖所示。
圖 3-14 美國國家再生能源實驗室-研究支援中心 資料來源：
https://www.nrel.gov/about/assets/images/[email protected]
由該棟建築的節能技術應用來看，包括：大樓屋頂鋪設太陽能發電、
利用太陽能熱水的供應、採用自然通風以及自然導光技術、地板空調系 統、建築外殼隔熱技術及地底冷熱能儲存系統。除此之外，也運用高效 率製冷╱製熱系統、照明系統及智慧監控系統等。其中再生能源的應用 部分，主要的發電來源來自於太陽能發電，該建築及停車場的屋頂全面 鋪設太陽能板來進行發電，而鋪設在主建築的太陽能板約可提供 787kW 的發電量，設置在停車場的太陽能板約可提供 540kW 的發電量，另外 少部分發電來源則是應用風能及生質能來發電。
15：太陽光電系統，也稱為光生伏特，簡稱光伏（Photovoltaics, PV；字源「photo-」光，「voltaics」
伏特），是指利用光伏半導體材料的光生伏打效應而將太陽能轉化為直流電能的設施。光伏設施 的核心是太陽能電池板。目前，用來發電的半導體材料主要有：單晶矽、多晶矽、非晶矽及碲化 鎘等。
根據估算，其整年的建築耗能密度對照 ASHRAE 90.1 標準提供的 基準值來看， 可大幅降低至約 34kBtu╱ft2，其中暖房加熱與照明降低 的幅度最為顯著。在暖房加熱的部分，由 15.8kBtu╱ft2降低至 5.8kBtu
╱ft2，主要降低原因係運用了太陽熱能收集裝置（Solar Wall）及地底冷 熱儲存系統，並採用太陽熱能提供室內的熱水及暖氣使用；而在照明的 部分，則由 9.2kBtu╱ft2降低至 3.8kBtu╱ft2，主要降低原因是該棟建築 充分利用將戶外自然光導入室內，因而減少電燈的使用量。
在其他技術應用方面，研究支援中心約有 20％的建築材料來自於回 收建材，例如採用廢棄天然氣接管做為建築的部分樑柱，1 樓大廳全部 採用廢棄橡木來建造，而大樓部分牆壁也是使用廢棄或再回收的木材，
圍牆則採用廢棄石材。除此之外，該建築同時應用不需要高科技的方式 來達到節能的目的，例如：增加公共空間的使用人數、將桌上型電腦代 換成筆記型電腦、使用較高效率及可回收電能的電梯、使用高反射塗料 增加室內光環境、隨手關燈、採用多功能事務機等相關節能措施。
二、國外社區導入智慧綠建築應用技術之案例-英國貝丁頓零耗能開發 社區（BEDdington Zero Energy Development, BedZED）16
此社區不僅是全英國最大的混合使用「零碳社區」，也是英國最早 發展的環保社區。開發之資金來源包括倫敦市政府、歐盟發展基金，與 世界野生動物基金會（WWF）的「一個地球生活」（One Planet Living）
基金等。
本社區於 2002 年完工並有居民進住，共有 82 戶住宅單元，17 棟公 寓式住宅，工作室與商業空間共 2,500 平方公尺，為英國目前最大的永 續社區之一，也是此類社區中的典範與標竿。社區中約 25%的住宅空間 提供為社會住宅，為自治區政府所有，僅供租用，其它則包括 50%開放
16：陳淑如，智慧綠建築案例介紹(四)-貝丁頓零耗能社區，智慧化居住空間專屬網站
市場自由買賣以及 25%產權持有者使用等。規劃時除了將使用機能混和，
讓住宅單元、工作室單元與屋頂花園相互交錯，亦計畫性的將各種社會 階層適度混和，讓社區呈現不同於以往的多元性，為英國少有的高密度 住商混和式社區。
圖 3-15 貝丁頓零耗能社區現況
資料來源：BedZED Toolkit Report, BioRegional
本案設計特色包括被動式建築設計規劃方式、隔熱保溫設計及材料 應用、通風系統設計概念（「風杓」設計）、節能生態屋頂設計、太陽能 發電、廢棄建材再生計畫、水電錶設置方式、使用節能電器設備、水資 源再生使用策略以及綠色運輸系統等。整體設計及應用概念整合如下圖 所示。
圖 3-16 貝丁頓零耗能社區整體設計及應用概念整合 資料來源：BedZED Toolkit Report, BioRegional
貝丁頓零耗能社區自 2002 年完工進駐至今，持續進行各項監測紀 錄。監測調查內容包括居民使用食物、運輸、廢棄物以及各項生活態度 之改變。計量監測部份包括水、電力、熱能以及廢棄物數量之紀錄。此 社區各項節能減碳效益以及生態影響效應包括：
能源使用效益：較一般平均減少 81%熱能能源使用及 45%電力使用。
每年所供給電力 85.4 萬度，需求 81.2 萬度，不僅達到零耗能，多餘的 電力還可以賣給電力網絡，籌措社區發展基金。
1、 運輸方面效益：較之國家平均，減少 64%汽車里程，相當於每年 2,318 公里。
2、 水資源節省效益：每日每人使用 72 公升水量，較之一般平均減少 58%水資源使用。
3、 垃圾減量效益：回收再利用高達 60%的廢棄物。
4、 食物消耗減量效益：86%的居民選購有機食物。
5、 社區和諧與人際相處效益：每位居民平均認識 20 位鄰居並知曉姓 名。
除了以上量化的效益外，本社區更創造了新一代的社區價值。根據 社區民眾的滿意度調查發現：因為鼓勵步行與騎車，除了省能少污染，
也讓生活更健康。透過設計手法的規劃分析，住宅擁有好的舒適度、自 然通風、自然採光，大幅降低英國冬季常見憂鬱症比例；也因為比一般 家庭更低的能源開銷與交通支出，以及環保所帶來的榮譽感，讓居民比 以往更加輕鬆快樂。
本社區成功呈現由民間發起，進而影響政府政策的具體實踐過程，
足可做為政府設法提昇民眾集體參與永續環境營造，並在社區落實綠色 生活營造的參酌範例。
三、國外社區導入智慧綠建築應用技術之案例-橫濱智慧城市計畫
（Yokohama Smart City Project，簡稱 YSCP）17
日本在經歷了 2011 年的 311 大地震引起的震災、海嘯及福島核災 及全國反核抗爭等巨變後，使日本之電力供應極為吃緊。因此，進行大 規模的電力需量反應方案，成為日本當前極為重視之因應策略。日本政 府為因應上述問題，推出了許多應對解決方案，例如日本警察廳制定了 一項「綠色政策」來解決國家能源安全與效率的問題，目標為在 2030 年之前，每個家庭都要安裝家庭能源管理系統(HEMS)。
此外，日本經濟產業省也從 2010 至 2014 年度，推動「新一世代能 源及社會體系實證計畫」，是日本發展智慧電網計畫的一環，並選出神 奈川縣橫濱市、福岡縣北九州市、愛知縣豐田市及京阪奈學研都市等 4 個都市為智慧城市示範點，驗證智慧電網及智慧城市相關技術及機制等。
上述 4 個智慧城市示範點中，以橫濱智慧城市計畫(Yokohama Smart City Project，簡稱 YSCP)的規模最大，示範場域資料詳表 3-1。
17 Yokohama Smart City Project, 2013
（http://www.greenfuture.sg/2013/10/22/yokohama-smart-city-project-demonstrates-energy-management-表 3-1 橫濱智慧城市計畫示範實證場域資料
項目 內容
實證對象示範地區面積 60 平方公里
實證對象人口 活動人口超過 42 萬人及 17 萬家庭人口
實證對象地區 以 3 地區（港灣未來 21 地區、港北新城地區、
橫濱綠谷地區）為中心
實證對象戶數
集合住宅：40 戶 公寓：1 棟（177 戶）
技術實證獨立住宅：83 戶
社會實證獨立住宅、公寓：4000 戶
實證對象企事業單位數
辦公建築：4 棟 商業建築：2 棟 大型工廠：1 棟
實證對象 EV/PHV 台數
需求響應（DR）對應 EV：50 台（包括智慧充 放電型 EV10 台。設置 PV、蓄電池的充電站 2-3 處）
太陽能等利用之設定目標
太陽能發電（PV）：27MW HEMS：4000 戶
EV：2000 台
資料來源：Yokohama Smart City Project, 2013 及本研究整理 該計畫以區域能源管理系統(CEMS)為核心，結合家庭能源管理系 統(HEMS)、大樓能源管理系統(BEMS)、工廠能源管理系統(FEMS)、蓄 電池資料採集及監控系統(SCADA)、電動車(EV)及充電站等，掌握及管 理能源需求及供給。YSCP 系統架構如下圖所示。
目前該計畫已建置了將近 4,200 套 HEMS 系統、37 座百萬瓦(MW) 級太陽能板以及 2,300 台電動車(EV)，預計約可減少 39,000 噸二氧化碳 排放。透過 HEMS 的導入，讓橫濱的家庭和辦公大樓經由尖峰時段高 耗能電器的調節來節省電力和電費支出，並且藉由即時的資料來提升室
內能源利用效率，進而保障能源無虞與電網安全。
圖 3-17 橫濱智慧城市計畫系統架構圖 資料來源：
http://www.greenfuture.sg/2013/10/22/yokohama-smart-city-project-de monstrates-energy-management-and-demand-response-in-smart-cities/
YSCP 於 2013 年 7 月至 9 月共進行 22 回電力需量反應(Demand Response, 簡稱 DR)方案18。其中 18 回為前一日通知、4 回為當日通知。
18 大型空調主機系統進行電力需量反應之全尺度實驗印證與效益分析(1)-主機之具體反應與改善策 略之建立，楊冠雄等，2019 年 3 月
DR 實施時段為下午 13:00 至 16:00 共 3 小時。DR 發出指令之必要條件 為預測隔日或當日實測外氣溫度達到 31℃以上之尖峰時段進行。電力基
DR 實施時段為下午 13:00 至 16:00 共 3 小時。DR 發出指令之必要條件 為預測隔日或當日實測外氣溫度達到 31℃以上之尖峰時段進行。電力基