近零能源建築量化評估與節能效率檢討

進行零能源建築ZEB的計算時，均是採用初級能源做為基準值，而我國針對 建築耗能相關研究，則多以EUI做為計算單位。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)，依IEA 統計定義，電力消費依其物理熱值(860 千 卡/度)進行轉換，瓦斯（天然氣）消費則為8900 kcal/m³。（經濟部能源局，2012）。

由於電力與初級能源可進行換算，同時前述之「碳足跡評估法（BCF 法）」也是 以電力的單位耗能密度EUI（kWh/m²）進行估算，因此，本研究針對各類建築的 近零能源的量化評估，以電力（kWh）及EUI（kWh/m²）做為量化評估基準單位。

（一）日常耗能的「標準情境」^[A1]

建築使用階段的耗能是綠建築節能中最重要的部分，然而建築使用的行為是 由一系列不確定的生活形態與社會活動變數所組成，因此實際的建築使用情境十 分複雜且多變，但仍須有一套建築使用的「標準情境」作為耗能解析的依據。本 研究採用「低碳建築聯盟」於碳足跡評估BCF 法所定義的建築使用「標準情境」

為參考依據。「標準情境」是設定標準化的建築生活作息，並於標準化的時程中，

操作標準化的空調、照明、家電器具等設備，依此設定各種功能空間的「標準情 境」作為建築耗能活動的解析標準。

一般住宅歸類於「24 小時間歇空調型住宿類空間」，標準使用情境設定如下：

使用時間為一年365 日，每天24 小時，空調時間為4、5、9、10 月每日4小時，6、

7、8 月每日7小時；照明時間為365 日，每日8 小時；其他電器使用時間為365 日，

每日7 小時。臺灣目前住宅的耗能組成，空調耗能佔20％，照明耗能佔30％，其 他家電設備耗能佔50％，平均EUI 為50（kWh/m2.yr）。在「空調耗能」的部分，

外殼負荷約佔總空調耗能的35％，外氣負荷約佔其40％，室內負荷約佔其25％。

其他類建築，依據43類功能空間之標準情境以及耗能密度標準，分別計算動態EUI 做為評估判別節能比例依據。

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（二）、調和綠建築節能設計量化評估計算

零能源建築ZEB 設計利用建築外殼的被動式節能設計，來降低室內空調熱負 荷，進而減少空調耗能量，降低建築整體的耗能量。本研究參採低碳建築聯盟所 提BCF法計算耗能量（kWh/m².yr），以及動態EUI計算為節能評估基準，空調系統 空間的空調耗能推估如式4-2 所示：

EUIa＝ΣEUIai × AFIi/AF× ERai（4-2）

ERai=(1.0-ERe)×(1.0-ERs-Erf-ERp)，但ERai 不得小於0.4(4-3) EUIa: 空調系統單位面積耗能密度（kWh/m².yr）

EUIai：i 類空間之空調耗能密度（kWh/m².yr）

AFIi： i 類空間之室內樓地板面積（m²） AF：室內總樓地板面積（m²）

ERai：i 類空間之空調設備承諾節能設計換算耗能折減率，無單位，基準 案時ERai＝1.0。

ERe:建築節能設計空調節能率 ERs:主機系統節能設計空調節能率 ERf:送風系統節能設計空調節能率 ERp:送水系統節能設計空調節能率

ㄧ、建築節能設計

建築節能設計是指透過被動或誘導式設計手法利用自然物理環境技術原理，

來達成節能的目標，在建築外殼的設計中，常見的被動式設計包括利用建築外殼 的座向、開口、遮陽、隔熱等來獲取最大的通風性能或減少太陽熱得。依據公式 4-2，中央空調系統與個別空調系統空間的空調耗能推估有關的「誘導式設計」因 子包括「建築外殼節能效率EEV」、「建築短向平均深度d」、「自然通風空調耗 能折減率Vac」。

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（1） 建築自然通風設計節能係數 a1 a1=1.0-Vac(4-4)

公式4-4中「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。Vac為建築空間在涼爽季 節開窗通風並停止空調的評估計算，若是全年為密閉空調建築，則設為0.0。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。

「自然通風潛力VP」約介於0.9～0.3 之間，亦即最好自然通風條件的案例之 VP為0.9，但平面深邃、開窗不良的案例之VP為0.3。為了保證自然通風對空調節 能操作之有效性，規範只對VP在0.9~0.5之間的案例進行優惠計算。規範設定自然 通 風 對 空 調 耗 能 折 減 率 為 Vac （ AC energy reduction factor fornatural ventilation），由於住宿類建築多在夜間空調，其節能效益較小，因此設定住宿 類建築與其他類建築之最大空調節能效益Vac為0.225與0.45。規範依其自然通風 潛力之差異，設定兩類建築物之Vac計算式如下：

住宿類建築

Vac＝1.0－（VP－0.7）×0.75，唯Vac≦1.0 （4-5）

其他類建築

Vac＝[1.0－（VP－0.4）×0.75×γ，唯Vac≦1.0 （4-6）

其中γ：複合式通風控制係數，在中央空調型建築中具此控制系統者為1.0，若為 手動或非中央空調系統者為0.5。式(4-6)中γ為複合式空調通風控制係數，此乃 針對中央空調型建築由全空調轉成複合通風模式之控制管理，當具備外氣溫度監 測與空調啟停執行自然通風時γ=1.0(須提供控制系統圖)，若無此裝備(僅依手動 控制者)時γ=0.5。另外，(4-3)式為住宿類建築，該通風控制均由手動控制，其

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Vac值不再修正計算。例如，辦公類建築VP為0.9時，Vac＝0.625，其意義為因自 然通風條件良好而可節約空調能源37.5%；如VP為0.7時，Vac＝0.775，其意義為 因自然通風條件普通而可節約空調能源22.5%；VP≦0.4時，Vac＝1.0，其意義為 因自然通風條件不良而無任何空調節能可言。

（2） 建築外殼節能設計節能係數 a2 a2=1.0 - Bac(4-7)

Bac＝ 1.0－（2/d）×（1.0－EEV）（4-8）

Bac：建築外殼節能空調耗能折減率

2/d：深度係數，其中d 為建築短向平均深度（m），但為一層建築時，d 強 制為5m（2/d ＝0.4，即認定外殼最大節能效益為20％之意）。

EEV為綠建築標章規定之建築外殼節能效率，EEV＝建築外殼耗能指標EV/建築 外殼耗能基準EVc，其中EV與EVc為依照營建署「建築節約能源設計規範」，所計 算之ENVLOAD、Req、AWSG之指標值與基準值。

（3） 建築外殼創新節能設計節能係數 α1

建築設計節能採用創新誘導式節能手法，包括浮力通風、特殊隔熱建材、

屋頂綠化等節能手法，依其節能特性與節能預估數值納入計算，節能率以0.2為限。

根據上述三項節能設計，外殼節能對空調節能率計算如下：

ERe=a1+a2+α1，但ERe不得大於0.4(4-9)

169

170

171

表4-10「其他類建築外殼節能效率 EEV」之空調節能效益比較（VP＝0.9）

VP Vac EEV d Bac a2 ERe

0.9 0.63 0.38 1 5 1 0.00 38%

0.9 0.63 0.38 0.9 5 0.96 0.04 42%

0.9 0.63 0.38 0.8 5 0.92 0.08 46%

0.9 0.63 0.38 0.7 5 0.88 0.12 50%

0.9 0.63 0.38 0.6 5 0.84 0.16 54%

0.9 0.63 0.38 0.5 5 0.8 0.20 58%

0.9 0.63 0.38 0.4 5 0.76 0.24 62%

0.9 0.63 0.38 0.3 5 0.72 0.28 66%

（資料來源：本研究整理）

二、空調設備節能設計

空調設備節能設計是指運用主動電力和機械系統來達成節能的設計方法，中 央型空調系統設備節能設計對象包括主機系統、送風系統及送水系統。個別空調 系統年耗能有關的主動式設計因子為「空調節能標章修正係數S^EL」，該係數是以 經濟部能源局的「空調能源標示效率等級」5等級來進行空調耗能折減。

中央空調系統 (1)主機系統

主機台數控制（限用三台以上主機控制），a3=0.09 儲冰空調系統設計，a4=0.06

吸收式、熱泵主機、熱回收主機或變頻高效率主機，a5=0.12 CO2濃度外氣控制系統設計，a6=0.9

全熱交換器系統設計，a7=0.078 外氣冷房系統設計，a8=0.036

冷卻塔採濕球溫度控制變頻風扇設計，a9=0.15

a3~a9節能設計係數，主機系統節能對空調節能率ERs計算如下：

ERs=Σai (i=3~9)，但ERs不得大於0.3(4-10)

172

(2)送風系統

變頻VAV系統設計， a10=0.1

送風節能設計，送風系統節能對空調節能率ERf計算如下：

ERf=a10 (4-11) (3)送水系統

變頻VAV系統設計， a11=0.1

送水節能設計，送水系統節能對空調節能率ERp計算如下：

ERp=a11(4-12)

根據上述空調設備節能設計，中央空調設備系統節能對空調節能率計算如下：

ERai=(1.0-ERe) ×(1.0-ERs-Erf-ERp)，

但ERai 不得小於0.4(4-13) 個別空調系統

節能標章空調設計，a12=1.0 - SEL

SEL：空調節能標章修正係數

表4-11 空調節能標章修正係數 SEL

空調能源標示

效率等級 5級 4 級 3級 2 級 1級 空調節能標章

修正係數 S^EL 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80

（資料來源：林憲德，2015，建築碳足跡（二版），詹氏書局）

173

表4-12 無風管空氣調節機能源效率分級基準表

機種 額定冷氣能力 分類 (kW)

各等級基準(kWh/kWh)

5 級 4 級 3 級 2 級 1 級

（資料來源：中華民國經濟部法規http://www.moea.gov.tw/MNS/populace /home /Home.aspx）

個別空調系統系統節能對空調節能率ERai計算如下：

ERai=(1.0-ERe) ×(1.0-a12) (4-14)

（4） 建築空調設備創新節能設計節能係數 α2

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a7=0.078×採用率

8. 外氣冷房系 統設計

a8=0.036×採用率

9. 冷卻塔採濕 球溫度控制變頻 風扇設計

a9=0.015×採用率

主機系統節能率ERs=Σai (i=3~9)，但 ERs 不得大於 0.3 中央空調設備系統節能對空調耗能折減率ERai=(1.0-ERe)

×(1.0-ERs-Erf-ERp)，但ERai 不得小於0.4 個別空調

175

三

、

照明節能設計

本研究參採低碳建築聯盟所提出的BCF法進行照明的耗能模擬評估，不換算成 碳足跡（kgCO2e），僅計耗能量EUI（kWh/m².yr），則照明耗能之推估如式(4-18) 所示：

EUIl（kWh/m².yr）＝ΣEUIli × AFIi/AF× ERl（4-15）

ERl=(1.0-EL) + 0.1 × NL (4-16) 其中：

EUIli：i 類空間之照明耗能密度（kWh/m².yr）

AFIi：i 類空間之室內樓地板面積（m²） AF：室內總樓地板面積（m²）

ERl: 照明設備節能率 EL： 照明系統節能效率 NL：自然採光性能

依內政部綠建築評估手冊EEWH-BC 日常節能指標規定計算BCF 法對於照明節 能設計的潛力評估，是採用臺灣綠建築標章EEWH 評估系統2015 版中「日常節能 指標」的照明系統節能效率EL指標及自然採光性能NL計算^[A2]。EL指標為節能燈具、

照明方式、開關控制等綜合節能指標。照明節能首重在符合照明品質的前提下，

避免超量設計，並輔助利用各種節能燈具及照明節能方式來達成節能的目標。EL 的計算方式如下列各式所示。

EL＝ IER

×

IDR

×

（1.0－

β

2－

β

4）≦ 0.8 （4-17）

176

其中IER、IDR 變數依下二式計算之：

IER＝（

Σ

ni

×

wi

×

Bi

×

Ci

×

Di）/（

Σ

ni

×

wi）（4-18）

IDR＝（

Σ

ni x wi x Aj）/（

Σ

LPDcj

×

Aj）（4-19）

其中：

EL：室內照明系統節能效率，無單位 IER：主要作業空間燈具效率係數，無單位

IDR：主要作業空間照明功率密度加權係數，無單位

ni：單一作業空間燈具數量，應附燈具配置圖並以圖例標明燈具種類並列出 空間燈具數量表

wi：單一作業空間空間燈具功率（W）

wi：單一作業空間空間燈具功率（W）

在文檔中 綠建築與近零能源制度之調合研究 (頁 187-200)