國外近零能源建築之目標與量化設定

一、日本

依據平成 21 年（2009 年）11 月所發表的《ＺＥＢ（ネット・ゼロ・エネル ギー・ビル）の実現と展開について》報告指出，在日本要達成 ZEB 的目標是相當 具有挑戰性的，但是考量未來 20 年的建築技術大幅進步，ZEB 還是有可能實現的

（圖 5-1）。以中低層的辦公類建築進行試算，2030 年時的建築技術已可達成目標。

因為空調與照明技術的進步，節能方式的改進，太陽能光電板的建材化，均使得 ZEB 的可行性大增。事實上若以太陽能光電板與建築牆面整合的利用方式為例，在 2025 年時，有大半的建築物可以達成 ZEB 的目標（圖 5-2）。

有關 ZEB 執行可能性的量化評估設定說明如後：假設每層樓樓地板面積 5000m² 的辦公大樓，每年的初級能源消耗約為 2000 MJ/M².yr。又假設在 2030 年時，建築 節能技術進步，並且 Cool Earth 的革新技術計畫實施的情形下，ZEB 技術的應用 與設定如下，且達成 ZEB 的各種節約能源技術和節約能源量之關係如圖 5-1 所示：

 被動式設計：高隔熱、遮陽設計

 自然能源的利用：外氣冷房、夜間外氣導入、外氣控制室内 CO² 濃度

 高效率熱源：比現狀高 2 成效率的熱源的開發（現狀離心式冷凍機 COP6.4 提升至 8.0 ）

 低耗能的輸送方式：變頻器的活用、高效率馬達、高效率泵、高效率風 機

 高效率照明：現狀電力消費 1/3 的高效率照明燈具的開發、照度設定與 調光開關

 低耗能 OA 機器：現在電力消耗量 1/2 的伺服器，1/12 的 PC

 其他的電力消耗：現在電力消耗量 1/3 防犯用、防災用機器、待機電力 機器

 太陽能發電：與現況相比屋頂面積 2/3 、２倍轉換效率的光電板設置

 以上是以 3 層建築以下的低層大樓進行估算，但 10 層左右規模的建築 的一次能源消耗也能降為現況的 2 成左右。

圖 5-1 達成 ZEB 的各種節約能源技術和節約能源量之關係（日本）

（資料來源：ＺＥＢ（ネット・ゼロ・エネルギー・ビル）の実現と展開につい て，2009）

此外，日本政府也對於節能的必要投資額進行試算。首先有以下假設情境：

1. 平均建築物的生命週期為 40 年，既有建築物每 20 年進行一次大規模整建。

每年全國約有 2.5％的建築樓地板面積為新建，有 2.5％為既有建築的更 新整建。

2. 自 2011 年起，新建建築的初級能源消耗相較於既有建築物減少 20％。所 有的新建建築物在 2030 年均能達成 ZEB 的目標（圖 5-2）。

3. 自 2011 年起，既有建築更新整建後，其初級能源之消耗平均應有 10％的 折減。既有建築物經更新整建後，在 2030 年時其初級能源的消耗量應為 目前的一半（圖 5-2）。

4. 新建與既有建築物每年均有 1％的節能效益。

5. 建築樓地板面積從 2009 年的 18 億 m²至 2020 年時再增加 1 億 m²。

經由上述的假設，可推得 2030 年時，新建與既有建築合計約有 51％的節能效 益。而新建與既有建築的節能設備或設計技術的額外投資，分別以 7000 日圓/ m² 及 10000 m²假設，又假設 2011～2020 年間，每年約有 5500 萬 m²的新建建築與 4500 萬 m²的既有建築，2020～2030 年間每年分別有 4500 萬 m²的新建與既有建築，則 在「不考慮物價上漲」的前提下，關於 ZEB 的節能投資額到了 2020 年時，每年約 為 8300 億日圓；到了 2030 年時，每年的投資額約為 7600 億日圓。

圖 5-2 2030 年新建建築與既有建築的節能目標（日本）

（資料來源：ＺＥＢ（ネット・ゼロ・エネルギー・ビル）の実現と展開につい て，2009）

總而言之，ZEB 的達成應從制訂規範、政策支援等誘導的中長期方式執行，同 時強化各種地域、建築用途、建築規模進行對應的建築節能基準。尤其是 offsite 的再生能源技術實現的可能性評估，更是今後執行的重點。為實現 ZEB 規劃而採 取的措施將包括：

1、將逐步提高建築物的節能標準，建立綜合評價機制，進而強制執行；

2、在財稅方面加強對於零能耗建築的開發和技術進步的支援力度；

3、積極宣傳節能建築，並完善旨在反映不動產價值的評分制度，改變國民 的工作方式，提高國民的節能意識。

二、美國

美國能源部（DOE）與國家再生能源實驗室（NREL）於 2007 年 12 月針對全美 4820 棟既有建築若進行重建來進行 ZEB 實現可能性的評估，若以 2025 年的最高建 築節能技術水準(Max Tech)來評估，約有 62%的建築棟數、47%建築面積的建築能 達成 ZEB 的目標（圖 5-3）。所有建築類型中，以無空調的倉庫最有達成 ZEB 的潛 力，其次為宗教性空間；但需要長時間空調及大量空調設備的空間，如健康照護醫 療場所、實驗室、食物倉儲販售等處，則幾乎無法達成 ZEB 的目標。

圖 5-3 2025 年各類既有建築物能達成 ZEB 目標的比例（美國）

（資料來源：ＺＥＢ（ネット・ゼロ・エネルギー・ビル）の実現と展開につい て，2009）

所謂的「2025 年最高建築節能技術水準 (Max Tech)」的設定概要為：

 建築軀體的隔熱性能提升（比現行基準強化 3 成）

 照明耗能 50%削減：晝光照明等

 插座消費的 25%削減：高效率機器的採用

 空調機器：熱泵的 COP 的 30%提高，鍋爐效率的 20%提高，空調動力的 削減（根據空調種類 17～20%），通風動力的回收率（根據換氣方式 24

～40%）

 冷凍設備的 30%效率提高

 太陽光發電系統的引進：屋頂面積的 50%，太陽能電池效率 2 倍

第 二 節 臺 灣 近 零 能 源 建 築 之 量 化 評 估

由前一節可得知，美國與日本的近零能源建築的目標估算，均是以 2025 年目 標設定年，同時假設設備均有顯著的效率提升，尤其太陽能光電板之發電效率，需 為現今的 2 倍以上，方能達成 ZEB 的設定目標，其餘的重要技術還包括 LED 的應 用，建築外殼的遮陽隔熱設計、高效率的空調系統、熱泵的應用、以及建築控制系 統的整合設計。在 ZEB 的達成難易度上，在 2025 年後，新建建築物均可達成，既 有建築則約有 50％可達成。

本研究的研究目的之一，在於利用適宜的建築節能設計技術，進行 ZEB 的可行 性評估。考量到本研究的執行規模與期程有限，故先以「建築耗能密度（Energy Use Intensity, EUI）」較低的住宅類建築作為評估對象，並利用低碳建築聯盟的「碳 足跡評估法（Building Carbon Footprint Evaluation Method 簡稱 BCF 法）」所 設定的「標準虛擬情境」，將複雜的使用者、時程、設備透過能源動態模擬先行「標 準化」，再予以計算各種建築節能技術下，建築耗能的折減情形。

一般在進行 ZEB 的計算時，均是採用初級能源做為基準值，而我國針對住宅的 建築耗能相關研究，則多以 EUI 做為計算單位。至於初級能源與電力消費的換算，

我國的電力消費是依等價熱值法 (Equivalent Caloricity)進行統計，換算生產

每度電所需初級能源投入(約 2,100 千卡/度)，惟依 IEA 統計定義，電力消費依其

表 5-2 住宅加熱設備耗能一覽

項目 設備種類

每戶耗能量 電：kWh/yr 瓦斯：m³/yr

熱值係數 每戶熱值

（kcal）

烹飪設備 廚房電熱爐 1881.6（kWh/yr） 860 1618176 廚房 IH 爐 1045.3（kWh/yr） 860 898958 廚房瓦斯爐 202.0（m³/yr） 8900 1797800 熱水設備 電熱水器 1378.6（kWh/yr） 860 1185596 熱泵熱水器 459.5（kWh/yr） 860 395170 瓦斯熱水器 149.9（m³/yr） 8900 1334110

（資料來源：林憲德，建築碳足跡（二版），詹氏書局，2015）

表 5-3 24 小時間歇空調型住宿類空間之耗能密度標準 功能空間名稱 分項 EUI 基準（kWh/m².yr） EUI

（kWh/m².yr）

空調 照明 電器 間歇空調透天住宅、

集合住宅（含地上室 內公共空間）

10 18 22 50

（資料來源：林憲德，建築碳足跡（二版），詹氏書局，2015）

圖 5-4 住宅建築之空調、照明、家電耗能比例

（資料來源：林憲德，建築碳足跡（二版），詹氏書局，2015）

二、住宅外殼節能設計的空調節能潛力

各等級基準(kWh/kWh)

5 級 4 級 3 級 2 級 1 級

高於 7.1 ，

ttp://www.moea.gov.tw/MNS/populace/home/Home.aspx）

式 5-1 中所謂的「自然通風空調耗能折減率 Vac」是指建築物利用自然通風條 件，使冬季、春秋季停止空調運轉以減少全年空調耗能的比例。若 Vac＝0.85，意 即因為自然通風可節約的空調能源為 15％；若 Vac＝0.7，意即因為自然通風可節 約的空調能源為 30％。「自然通風空調耗能折減率 Vac」與「自然通風潛力 VP

（Ventilation Potential）」有關，「自然通風潛力 VP」之定義為「可自然通風居 室面積」與「總居室面積」的比值，依據成大建築研究所的研究顯示，「自然通風

均深度 d」、「自然通風空調耗能折減率 Vac」。由於 BCF 法鼓勵利用自然通風來降

表 5-7 「建築短向平均深度 d」之空調節能效益比較（EEV＝0.8）

能潛力的檢討，並以不同的 EEV 檢視住宅日常使用空調耗能的節能效益，EEV＝1

圖 5-5「建築外殼節能效率 EEV」之空調節能效益比較 能折減。由表 5-13 可知，在優良的被動式節能設計前提下（VP＝0.9，EEV＝0.6，

d＝5 時），使用不同的「空調能源標示效率等級」，空調節能效益最多可達 43％。 VP=0.7 VP=0.8 VP=0.9

表 5-13「空調能源效率等級 S^EL」之空調節能效益比較（EEV=0.6） EEV=0.8 EEV=0.6

照明年耗能（kWh/m².yr）＝（ΣEUIli × AFIi）× EL ………….（式 5-4）

表 5-14  安定器效率係數 Bi

表 5-17  節能設計βi（W/ ｍ^２）

表 5-18  主要作業空間照明功率密度基準 LPDcj（W/ ｍ^２） SPA &三溫暖、溫泉澡堂等）

12

註 1：基準值包括屋頂牆面、立柱燈之固定式一般照明，但不包括活動式檯燈、局部投光、櫃臺櫥 窗之照明

註 2：該數據以樓高 1~2F 為主（7m 以下），樓高 3F 以上每增一層樓高（3.5m）可增加 20%

註 3：不在表列空間不予評估

其中：

EUIei：i 類空間之電器耗能密度（kWh/m².yr）

AFIi：i 類空間之室內樓地板面積（m²）

Uei：電氣設備使用管理效率，使用有效之夜間待機用電停機管理技術者 0.9

由於家電待機的耗電量約佔家庭總耗電量的一成左右，BCF 法對於使用夜間 待機用電停機管理技術給予電器設備總耗能 10％的優惠，因此若以式 5-8 來推 估，Uei 最小值為 0.9，若住宅電器設備年耗能密度為 22（kWh/m².yr），則其最 低年耗能為 22*0.9＝19.8（kWh/m².yr）。

五、住宅總節能潛力

依據前述分項評估，可知在目前的一般技術現況下，若住宅規劃設計均採用最 佳的節能設計手法，則住宅之空調 EUI 可由 10（kWh/m².yr）降至 6（kWh/m².yr）， 照明 EUI 可由 18（kWh/m².yr）降至 7.2（kWh/m².yr），電器設備 EUI 可由 22（kWh/m².yr）

降至 19..8（kWh/m².yr），總 EUI 可由 50（kWh/m².yr）降至 33（kWh/m².yr），最大 節能效益可達 34％（表 5-19，圖 5-7）。

表 5-19 節能手法、住宅耗能密度與最大節能潛力

（資料來源：本研究整理）

耗能密度 分項 EUI（kWh/m².yr） 總 EUI

（kWh/m².yr）

空調 照明 電器

原標準植 10 18 22 50

採用最佳節能手法 6 7.2 19.8 33

採用最佳節能手法 6 7.2 19.8 33