建築物能源使用基準與能源基準工具

一、 建築物能源使用基準

建築物使用基準是透過比較相同類型、功能的建築物能源使用，提供一個基準以幫助使用者快速 了解自身建築物的能效情況並採取節能措施。建立能源使用基準需先參考樣本建築物制定一基準系統 (或基準模型)來得到類似的建築物，並需考量下面幾個可能會受影響之因素：

1. 不定的因素，如反常的氣候條件 2. 物理特徵，如建築物年齡、樓層數等 3. 建築物之管理者或業主

4. 設備使用上的不同

考慮上述因子後將其正規化，得到實際的能源使用表現即可根據其能源的使用性能將類似之建築 物做排名、比較，甚至作為公共建築物能源使用基準系統的衡量標準。衡量類似建築物間能源使用性

能之高低能帶來輿論的壓力，督促能源效率欠佳之業主或開發商提高其性能，促進能源效率之競爭，

也可就自身的表現作比較與提升。

然而，基準系統並非只有一種，許多研究發展出不同方式來制定基準系統，從文獻的回顧中，可 以找到下列幾種方法[11]：

（一） 簡單正規化法Simple normalization (simple)：

簡單的正規化方法通常依賴於相對簡單的性能指標，透過單一輸入總樓地板面積或營運時間來評 估建築物的能源使用效率。如Filippín[12]透過觀察15個阿根廷公立學校建築物的能源效率及溫室氣體 排放量，並測量每種情況下的電力和天然氣的消耗量，以能耗數據與總樓地板面積來計算阿根廷學校 建築物的能源使用強度(EUI)，提出需要一標準化的設計與管理，使當地能源需求和溫室氣體排放有 可依循之管理，以促進建築物提高能源的利用效率，預防全球環境變遷。Birtles與Grigg [31]設計一簡 單之建築物能源性能判斷方式，並提出其與建築物能源效率有良好的相性，若能在更大的建築物範圍 中驗證可用，即可被充分的開發應用。儘管這種方法較經濟簡單，但其範圍非常有限，其它如HVAC 系統就可能會導致實際使用上的數值更高或更低。

（二） 一般最小平方法Ordinary least square (OLS)：

一般最小平方法，也稱為簡單的迴歸分析，可簡單、直接的估算平均能效水平之回歸直線，結果 可顯示出平均能效水平。另一方面基準系統可以基於回歸模型殘差的分佈來開發，殘差為實際的EUI 和預測的EUI之間的差異所以被視為效率低下的措施，如果對於一個給定的建築物基準實際的EUI是 小於預測的EUI（負的殘差），這意味著，該建築物使用較少的能量比類似的建築物。此外，統計樣 本的回歸模型殘差分佈可以被用來建構對應的基準表。Monts與Blissett [32]以商業大樓討論使用簡單 正規化法與用一簡單的線性回歸模型來評估商業建築物的能源使用性能，利用模型結合氣候、使用模 式、空調設計與建築物類型之模型來解釋與樣本的42%EUI差值。

如果EUI函數是一個線性函數，x1至xp為包括建築物年齡、能源系統、總樓地板面積等因子，OLS 可以用下列公式表示：

其中：a、b1至bp代表線性函數的截距與斜率係數 n為觀察的數目

EUIi, x1i-xpi則是第i個觀察EUI與個別因子之值。

而逐步回歸方式則被用於找尋重要影響因子。

由於EUI指標之統計分佈通常是偏斜的分佈，所以Sharp [33]認為利用樣本的平均EUI作為預測基 準指標是較不準的預測方式。因此，Sharp將其略為修改，使用回歸模型之標準差建立EUI分佈公式的 基準表以掩蓋離群值之影響，也作為美國能源之星基準之基礎。

OLS之優勢為能容易地使用任何統計軟體或大多數的電子試算軟體做計算。但因著在估算中之殘 差反應了相對效率、變因中之誤差與統計干擾等不僅僅是單一效率因素。因此，效率在最後的評估中 即降低了其準確性。

（三） 隨機邊界法Stochastic Frontier Analysis (SFA)：

SFA從低效的組件中分離出那些錯誤的組件，並需要單獨的效率低下和錯誤的分佈假設，可更準 確地計量相對效率。SFA之下回歸的最簡單形式是用兩個相互獨立的錯誤組件來做估算。但於相對效 率的隨機分量的分離並不總是成功的，特別是異常值的存在（即樣品具有較大的殘留變化）可能會導 致隨機邊界模型察覺到有太多的數據中的雜訊(noise)，可能會發現樣品中很少或根本沒有效率低下而 導致失敗。

（四） 資料包絡分析法Data Envelopment Analysis (DEA)：

DEA為一多重因素生產率的分析模型，用於測量建築物相對同質個決策單位（DMUs：各決策單 位）的效率。這效率分數存在於有多個輸入與輸出因子時，定義為加權輸出的總和除以加權輸入的總 和。Charnes、Cooper與Rhodes [34]參考觀測數據的多個輸入與輸出值來決定權重的分配，建立等價 的線性規劃模型，用以評估和控制其公共項目之管理行為。

其效率值在多個輸入與輸出因子下被定義為：

效率值=

輸出因子之總加權

輸入因子之總加權

對於每個低效的DMU，DEA將其對應一有效的單位作為改進的基準，並能夠計算所需改進的設 備之輸入與輸出，以提高其效能。但DEA僅能作為主要的診斷工具，改善策略則須透過熟悉設備、使 用、管理方式等多做研究。

（五） 模型模擬法the model-based method (Simulation)：

Federspiel等人[35]以模擬模型之方法來開發能源基準系統，輸入實際的參數、模擬和評估每年的 能源消耗與各種空調辦公室通風系統之控制策略。雖然模擬分析建築物中能源使用性能是目前流行的 方法之一，但鮮少用於開發基準系統，主要用於分析其他因素之設計方式，如設定方向和周圍環境的 性質，觀察其對建築物能源使用的影響。

圖3-9 OLS、COLS、SFA、DEA區別圖

*A-F分別為六棟建築物。COLS為OLS之極端的版本，與OLS保持相同的梯度，但改變其截距至所有 建築物的EUI線之下。

二、 建築物能源基準工具(Building energy benchmarking tool)

近年來，許多國家致力於開發建築物能效模擬軟體及數據庫，利用數據庫中的數據以及影響建築 物能耗之因素數據，建立適合當地國家、地區的基準模型。目前有許多國家已展開基準工具之研發工 作，如建築美國能源局(DOE)的CBECS數據庫與美國環保局(EPA)的Energy Star基準工具，部分基準工 具亦提供線上服務讓使用者填寫建築物資料與使用狀況後得到其建築物的能效情形，並與其它類似的 建築物做比較。

建築物能耗數據庫可以了解國家或地區的建築物能耗的基本狀況，能提供有力的數據做為節能目 標與措施之制定，並做為基準工具之基礎。目前數據庫的資料蒐集方式有問卷調查、電話調查與線上 調查。資料蒐集範圍包過建築物基本資料、使用情形、空調系統等。目前使用較廣泛的數據庫為美國 能源部(DOE)的CBECS和加州的CEUS，擁有較多的資料數據，其它也有如HRG和EPRI等數據較少卻 有特殊用途的建築物數據。

（一） 歐洲基準系統

歐盟因其結構特殊，各會員國經濟、地理、政治、技術等現況差異甚大，因此在歐盟體系中，各 歐盟會員體無須全盤採納歐盟議會之決議，一切端視該決議之強度而有所差異。2002年通過歐洲議會 及歐盟理事會第2002/91/EC號的《建築能源效能指令》（Energy Performance of Buildings Directive, EPBD），是目前歐盟最重要的和綱領性的建築物節能政策文件。歐盟各會員國需考量本國具體情況並 依EPBD的要求採取相應的建築物節能措施。EPBD主要內容為確定建築物能耗計算方法、針對新建 物以及既有建物設立最小能耗的要求、推出建築物能耗護照制度(EPC)、建立鍋爐以及空調系統檢查 制度、建立專家制度並逐年將相關條文釐清、簡化，擴大適用範圍，提高整體建築物之節能效果。

表3-9 EPBD2002/91/EC主要內容

(工研院「導入歐盟建築能源證書可行性分析」(2012/05))

主要內容 說明

確定建築物能 耗計算方法

歐盟各會員國必需確立以及建立國家或地區的建築物 能耗計算方式，需考量以下要點：

建築物外圍護結構以及室內結構的熱工性能以及氣密性。

供暖、熱水供應、通風以及空調系統的保溫情況。

建築物採光系統。

建築物所在位置、方向以及室外氣象條件。

室內氣候條件，包括各種室內氣候設計參數。

被動太陽能使用系統及遮陽措施..等

建築物最小能耗 要求

需針對新建物以及既有建物設立最小能耗的要求。

建築物總樓地板面積大於1000 m²的大型既有建築物改造時各國應訂

建築物能耗護照 制度

(EPC)

要求會員國保證建築物在建設、出售以及出租的過程中都應提供 EPC，證書有效期限不應超過 10 年。

EPC 必需要包括相關標準推薦值以及實際值。

建築物總樓地板面積超過1000 m²、年限在 10 年內的公共建築物，

各國政府應採取措施把這些建築做為建築物節能的標竿，向大眾公佈 這些建築物的能耗數據。

建立鍋爐以及空 調系統檢查制度

針對不同能耗量，以及使用時間不等的鍋爐以及空調系統建立定期檢 查，檢查內容包括效率、產熱量並提供改善以及更換的建議。

建立專家制度 建築物能耗、鍋爐、空調系統的檢查以及建議提供必需得要有獨立、

具有能力的人員進行。

EPBD根據不同建築物的能源消耗特徵及附屬設施情況，制定計算能源利用情況的架構方法，同時，

EPBD要求歐盟會員國利用該指令所提供的方法，制定出新建築物以及需要改造的現有建築物的能源 利用標準。

EPBD中對於建築物能耗要求，重視的項目包括：能耗設備（例如：鍋爐、空調等必需定期檢查

EPBD中對於建築物能耗要求，重視的項目包括：能耗設備（例如：鍋爐、空調等必需定期檢查