第二章 相關文獻回顧與探討
第一節 國際間對近零能源建築之相關定義
目前國際間對於零能源建築的定義大致可分為「淨零能源建築（Net Zero Energy Building, NZEB）」與「近零能源建築（Nearly Zero Energy Building, NZEB）」兩類，其中採用前者以美國為主，採用後者則為歐盟，
且世界上許多國家各有傾向之定義類型。惟不論是何種，兩者意義相近，
首先要求建築物本身（含使用之耗能設備）需具備高效節能，其次是建 築物耗能，能與經由基地自身產出或鄰近供應之可再生能源相抵銷，使 整體耗能接近或達到能源消耗與產出之平衡。然而以臺灣於零耗能建築 之推動現狀尚處於起步階段，若要達到能源消耗完全平衡恐有困難，故 以近零能源建築較符合我國需求。
為了明確界定 NZEB 評估之標的對象和技術邊界，Deng（2014）
提出了 NZEB 評量的操作機制與定義框架，藉由文字、數學方程式及圖 形等方式來表示，並針對 NZEB 常用之節能措施，列舉其設計元素之架 構與範圍。基本的 NZEB 評量之操作機制如圖 3-1 所示，其基本要素包 括：建築系統、能源網路與權重系統。此評量機制首先應界定建築現址 之可再生能源邊界，當可再生能源電力（Renewable Energy Power, REP）
系統產生之電力大於建築物耗電量時，則建築系統可將現場可再生能源 生產之多餘能量輸送到電網。然而權重系統亦常採用不同之計算方式，
例如採取全年之淨總電量消耗（kWh/y）、淨二氧化碳排放量（CO2/y）， 乃至採用淨能源成本（net energy costs $ /y）等之 平衡概念來權衡計算。
圖 3-1 基本的 NZEB 評量之操作機制 資料來源：Deng, 2014
上述評量之操作機制，Satori（2012）提出了以數學方程式表示如 公式（3-1），指當建築區域的邊界是固定時，在某一段時間內（如 1 年），
該建築之供應（包含外部輸入能源及現址再生能源）和需求能量（即總 消耗能量）之間可達到平衡。
NZEB 平衡：|加權供應| − |加權需求| = 0 ………（3-1）
此外，Satori（2012）以三種餘額的圖形來表示 NZEB 之平衡型式，
如圖 3-2 所示，分別表示：加權發電和負荷間之平衡、加權出口和交付 能量間之進出口平衡、以及加權發電和負荷的月淨值間之月淨餘額平衡。
在 X 軸上權重需求（weighted demand）的基準值即參考建築之能源需 求值，是根據當地法規的基本節能要求建成的建築物，或者是同類型建 築物的代表性能源需求數值。當優化的建築能源需求設計值小於參考建 築之能源需求值，則兩差之間在 X 軸上的差距代表節能效率（energy efficiency）之大小。
圖 3-2 三種餘額的 NZEB 平衡型式 資料來源：Satori, 2012
上圖中 E 和 D 分別代表加權輸出和交付之能量，這取決於估計現 場產生能量的載體之自消耗（self-consumption）能力，可用於計算建築 物之能量餘額。計算餘額的適當時間跨度通常假定為一年。年度平衡適 用於涵蓋氣象條件，特別是連續性季節的所有操作設置。從能源效率測 量和供應系統的設計角度來看，選擇較短的時間跨度（例如季節性或月 度平衡）可能是非常嚴苛的，以便在關鍵時間（例如冬季時間）達到目 標。
如以月淨值來計算餘額，對於每個能量載體，假設在同一個月發生 的發電和負荷相互平衡，只匯總每月殘差以形成年度總數。這可以看作 是對月度值執行的負載/生成餘額，或者假設虛擬月度自我消費（virtual monthly self-consumption）模式的進/出口餘額的特殊情況。這種程序已
經在德國建築能源法的框架中提出 11、12
Deng（2014）提出了 NZEB 之核心元素包括三大部分，第一是建 築物本體應採取良好的「被動式建築設計」，包括建築物合宜的座向、
高性能隔熱、良好的密封性，及窗戶的外遮陽等。第二是建築物內之耗 能設備需採用高效率的「主動式設備設施」，以有效的降低建築能耗的 負載，並維持室內環境之健康與舒適，如 HVAC（加熱，通風，空調）
系統、DHW（家用熱水）系統、照明系統、EMS（能源管理系統）等。
第三則需考量設置「再生能源發電系統」，以抵消其負載，可分為現址 的（on-site）再生能源，例如太陽能、風能、水力、生質能、地熱與海 洋能等；或是現址以外的（off-site）再生能源，例如來自社區規模的能 源設施，以及公用電廠提供的「綠色電力」（Green power）等。
，其中 主要集中在電力上，也可 以應用於熱載體，這種方法可以被視為月淨餘額。
此處需特別強調的是，零能源建築除需使用再生能源發電外，尚需 搭配電池儲能系統、分散式供電系統及周圍電網（grid）共同組成，將 可調節尖離峰時段之用電，改善再生能源供給不穩定，或發電時段與用 電時段之落差，有助於穩定供電品質。綜合而言，NZEB 的設計過程，
需持續進行改善設計、分析，直到符合接近零能源之績效目標為止，其 核心元素之概念如圖 3-3 所示。
11：K. Voss, E. Musall, M. Lichtmeß, From low energy to net zero energy buildings – status and perspectives, Journal of Green Building 6/1 (2011) 46–57.
12：M. Heinze, K. Voss, Goal: zero energy building – exemplary experience based on the Solar Estate Solarsiedlung Freiburg am Schlierberg, Journal of Green Building 4/4 (2009).
圖 3-3 NZEB 核心元素之概念 資料來源：Deng, 2014
因此，根據上述定義框架、數學方程式、圖像表達，美國能源部門 D.O.E（U.S. Department of Energy）從狹義變化到廣義，提出下列四種 NZEB定義和能源使用的分類 13
1、淨零在地耗能 (Net Zero Site Energy)：
：
在基地上，淨零耗能建築產生的再生能源，等於或大於它一年所使 用的能源。
2、淨零資源耗能 (Net Zero Source Energy)：
在資源上，淨零耗能建築產生或購買的再生能源，等於或大於它一 年所使用的能源。
3、淨零能源成本 (Net Zero Energy Costs)：
13：P. Torcellini et al. (2006). Zero Energy Buildings: A Critical Look at the Definition. ACEEE Summer Study on Innovation for Our Energy Future, California.
在成本上，淨零耗能建築產生再生能源賣給市電的收入，等於或大 於它一年所使用、付出給市電的成本。
4、淨零排放 (Net Zero Emissions)：
在溫室氣體排放量上，淨零耗能建築產生或購買的再生能源，等於 或大於它一年如果使用市電的溫室氣體排放量。
然而，依照建築物相關人員關注點不同，對零耗能建築（Zero-energy Building）的定義可能會有差異，美國柏克萊國家實驗室（LBNL）則認
資料來源：P. Torcellini et al. (2006). Zero Energy Buildings: A Critical Look at the Definition.