研究計畫背景及相關文獻之探討

建築物使用電力和燃料來產生冷暖氣、照明和動力，約占所有二氧化碳排放量的 38%。根據內政部統計，台灣辦公室空調用電約佔全年用電量之 40%(如圖 1-1 所示)，

因此如何降低室內冷房負荷，提高空調運轉效率，減少空調用電，一直是政府或建築業 界在推動建築節能策略中極為重要的議題，惟目前台灣對於量化各項節能措施所能節省 費用，尚未提出普及化的預測評估方法。

圖 1-1 台灣建築物耗電圖(內圈為夏季用電、外圈為非夏季用電) (本研究繪製)

然而，由美國能源局所屬的 Lawrence Berkeley 國家實驗室開發的建築耗能動態模 擬分析軟體(DOE-2)，可依據已知的氣象條件、建築設計資料、冷暖氣空調系統與能源 使用費率等資訊，並預測出如圖 1-2 所示的建築全年逐時耗能以及能源使用成本。DOE-2 係將能耗區分為空調、動力、照明等 3 大項目，其中動力及照明部分之耗電量與使用時 間相關，約略可由線性關係計算得知；在空調耗能部分，因受氣候、建築結構、材料、

運轉模式及內部空調負荷等影響，計算上較為複雜，因此必須藉由電腦程式模擬分析耗 能情形。

圖 1-2 建築物逐月耗能模擬圖

(資料來源：Introductory Tutorial of eQUEST, P.126)

目前國外以 DOE-2 為運算核心，推出數種視覺化軟體(如 eQUEST，EnergyPlus，

PowerDOE，CVisualDOE)，其共通特色為提供使用者在建置模型時，可利用視窗化介面 直接輸入模擬地點之地理及氣象資料，並模擬建物之幾何條件、結構材質、室內人員狀 態、照明、設備、使用時程、空調系統型式、特殊節能策略等參數。故在模型建立與程 式執行時，不僅需輸入各項建築設計及設備資訊，更重要的是使用情況，因此需要具有 相關經驗之專業人員執行，使用門檻較高，故於台灣較少有使用 DOE-2 軟體輔助設計 之建築案例。

利用建築耗能模擬軟體來輔助建築設計於國外已行之有年。在美國，DOE-2 之計算 結果已經過許多真實建築物的熱性能與能源使用量測值之驗證與比較，例如 Pan et al.

(2006)曾利用軟體 VisualDOE 與 eQUEST 分別模擬上海兩棟 88 層樓與 41 層商辦大樓的 全年能耗，並與實際用電量進行比對，如圖 1-3 所示，並發現其模擬值每月平均誤差分 別為 7.1%及 10.0%，全年誤差分別為 1.2%及 2.37%;Y. Zhu (2006)曾利用軟體 eQUEST 模擬一棟 25 層樓且地板面積達 130,000 m²商辦大樓的全年能耗，並與實際用電量進行

準確性極高。目前已有許多國外建築案於設計階段時，以 M. Bojicb and F. Yika (2005) 為例，此團隊使用建築耗能模擬軟體協助決定採用何種外牆設計、空調設備及運轉模式 等等，並推估可節省下的能源成本，以利取得 LEED 綠建築標章。然而根據美國政府會 計部門評估，而且藉由 DOE-2 的使用，建築物平均能降低 22%能耗，且自 1998 年後，

DOE-2 協助美國在能源成本上省下至少 110 億美金。

(a) 利用 VisualDOE 模擬 88 層樓商辦大樓 (b) 利用 eQUEST 模擬 41 層樓商辦大樓 圖 1-3 兩棟高層商辦大樓之全年實際用電度與模擬用電度之比較

(資料來源：Pan et al. (2006), P.256 及 P.259)

圖 1-4 某 25 樓商辦大樓全年實際用電度與模擬用電度之比較 (資料來源：Zhu, Y.(2006), P.424)

近年來，國內已有多篇論文乃透過 DOE-2 等建築耗能模擬軟體來評估各種節能策 略效益，大多僅限於數值模擬探討，但仍有部分研究針對實際案例進行其實際用電與數 值模擬的準確性進行探討，如楊冠雄教授研究團隊曾利用 PowerDOE 針對多種不同建築 類型(學校、旅館、低層數辦公廳、電子廠等)進行節能設計分析與全尺度實驗印證；其 中蕭艾鈴(2003)針對屏東科技大學圖資大樓(地上 17 層 RC 建築)的實際用電度數與 PowerDOE 模擬用電度進行比較(如圖 1-5 所示)，最大單月誤差為 13%，全年誤差為 2.3%

以內；莊逸宏(2004)針對兩棟兩層樓辦公廳進行 VAV 空調系統模擬，發現兩棟建物之 年平均空調用電比重為 48%與 54%，與 PowerDOE 模擬值 56%與 57%有些許不同(如圖 1-6 所示)，推測可能是實際空調之使用情況與模型中所輸入之使用時程不同所致；張議 瑋(2004)利用 PowerDOE 針對某電子廠空調部分的實際用電度數與模擬用電度進行比較 (如圖 1-7 所示)，最大單月誤差為 12%，全年誤差為 6%以內。由此可知，數值模型中建 物各種使用模式參數設定對模型準確度影響極為重要。

圖 1-5 屏東科技大學圖資大樓實際用電度與模擬用電度之比較 (資料來源：蕭艾鈴(2003), P.83)

圖 1-6 某棟兩層樓 RC 建築之實際用電度與模擬用電度之比較 (資料來源：莊逸宏(2004), P.41)

圖 1-7 某電子廠空調部分實際用電度與模擬用電度之比較 (資料來源：張議瑋(2004), P.104)

而林承鴻(2009) 利用 eQUEST 針對學校建築實際用電度數與模擬用電度進行全年 呈現的絕對誤差均值僅 7.45%，最大單月誤差約 17%。王育忠與林憲德(2012)利用 eQUEST 針對成功大學魔法學校綠建築進行各種節能策略評估，並比較其 2011.1~2011.6 六個月間其實際用電度數與模擬用電度進行比較(如圖 1-8 所示)，最大單月誤差為 22.8%，

總誤差為 16.6%以內，推估乃是因為建物啟用後各空間實際使用次數(時間)較原先預估 值約低了 20%，而導致 eQUEST 模擬數值高於實際用電量。

圖 1-8 成功大學魔法學校實際用電度與 eQUEST 模擬用電度之比較 (資料來源：Wang,Y.-C. and Lin, H.-T.(2012), P.3065)

由於建研所近年推動建築能源效率提升計畫，根據測試調整平衡方法 (Testing, Adjusting, Balancing method，簡稱 TAB)，採取進行簡單閥件安裝、管線修改及運轉參 數調整等較低成本方式取代更換空調主機，藉以提升既有公有建築之空調設備效率，並 已完成百餘件建築案例，且案例平均具有 5~20%之節能效果；同時此計畫所建置之建築 能源管理系統(簡稱 BEMS)，可監測並控制內部所有設備(如照明、空調、消防及保全系 統等)的電力使用，並記錄各設備的能耗數據，故可提供本研究驗證時所需的建築物實 際能耗數據。本研究規劃採用免費 DOE-2 視覺化軟體 eQUEST，挑選上述已完成空調 效率提升之公有建築數案進行模擬，並比對分析實際能耗數據，以利瞭解其模型準確性，

進而評估不同改善方案的節能效益，以作為後續建築節能推廣應用之參考。