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住宅部門溫室氣體減量調適措施與衝擊評估之研究

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Academic year: 2021

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住宅部門溫室氣體減量調適措施

與衝擊評估之研究

資料蒐集分析報告

計 畫 主 持 人 : 王安強

協 同 主 持 人 : 黃瑞隆

研 究 員 : 柯佑沛、鄭任軒、徐虎嘯、呂文弘

研 究 助 理 : 施文玫、賴怡廷

研 究 期 程 : 中華民國 107 年 3 月至 107 年 12 月

內政部建築研究所協同研究報告

中華民國 107 年 12 月

(本報告內容及建議,純屬研究小組意見,不代表本機關意見)

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I

目次

次……….………...…………...….III 次……….……….V 摘要……….……….VII 第 1 章 緒論 ... 1 第一節 研究緣起與背景 ... 1 第二節 本研究計畫之重要性與預期成果 ... 1 第三節 研究步驟與流程 ... 3 第四節 國內外相關文獻回顧 ... 4 第 2 章 研究方法 ... 13 第一節 界定問題與設定目標 ... 13 第二節 評估與分析現況風險 ... 13 第三節 評估與分析未來風險 ... 15 第四節 界定與評估調適選項 ... 15 第 3 章 國家自定預期貢獻與因應政策 ... 21 第一節 國家自訂預期貢獻概述 ... 21 第二節 案例說明——日本 ... 22 第三節 案例說明——韓國 ... 25 第四節 案例說明——泰國 ... 26 第五節 小結 ... 28 第 4 章 住宅耗能模型與溫室氣體推估 ... 29 第一節 自下而上的住宅能耗模擬模型 ... 29 第二節 主要驅動因子與中間層驅動 ... 30 壹、 人口數、家庭支出、家庭規模與建築面積 ... 30

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II 貳、 氣候條件——未來氣象年製作 ... 31 第三節 能源功能 ... 32 壹、 空調——建築能耗與環境模擬 ... 32 貳、 家電設備與照明 ... 33 參、 烹飪 ... 34 肆、 生活熱水 ... 35 第四節 推估模型校正 ... 36 第五節 溫室氣體排放趨勢預測 ... 37 壹、 發電結構維持現狀 ... 37 貳、 發電結構改變 ... 40 第 5 章 科學基礎減量目標 ... 45 第一節 何謂科學基礎減量目標 ... 45 第二節 設定方法概述 ... 47 第三節 部門脫鉤法 ... 48 第 6 章 調適策略 ... 51 第一節 各項終端耗能占比 ... 51 第二節 建築外殼熱性能改善 ... 52 第三節 空調能效提升 ... 57 第四節 家電設備效率提升 ... 59 第五節 照明效率提升 ... 61 第六節 綜合調適 ... 63 第 7 章 結論與建議 ... 67 第一節 結論 ... 67 第二節 建議事項 ... 68

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III

錄………...….……….69 參考書

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IV

表次

表 1-1 研究進度及預期完成之工作項目 ... 3 表 1-2 在不同社經情境之下的住宅部門排碳量 ... 7 表 2-1 Taiwan 2050 Calculator 調適情境設定 ... 17 表 2-2 Taiwan 2050 Calculator 中針對住宅部門之調適策略 ... 18 表 3-1 各國自訂預期貢獻整理 ... 22 表 3-2 日本 INDC 對於能源消耗產生的溫室氣體排放減量承諾 ... 23 表 4-1 各變因及其參數設定 ... 34 表 4-2 LEED 規範之生活熱水計算標準 ... 35 表 4-3 生活熱水使用的各項溫度設定 ... 35 表 4-4 2018 至 2035 年的電力排放係數推估值 ... 40 表 4-5 溫室氣體平均年增率 ... 43 表 6-1 住宿類建築的Uw、Uf和SF基準值 ... 53 表 6-2 多元回歸分析獲得之各項係數 ... 53 表 6-3 修訂後的住宿類Uw、Uf和SF基準值-(1) ... 55 表 6-4 修訂後的住宿類Uw、Uf和SF基準值-(2) ... 55 表 6-5 修訂後的住宿類Uw、Uf和SF基準值-(3) ... 56 表 6-7 調適組合(1)各項設定值 — 發電結構不變 ... 63 表 6-8 調適組合(2)各項設定值 — 發電結構改變 ... 64

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VI

圖次

圖 1-1 研究流程圖 ... 2 圖 1-2 全球平均溫度變化相較於 1986-2005 的平均 ... 5 圖 1-3 自下而上和自上而下模型的一般方法論說明 ... 6 圖 1-4 住宅部門之耗能與碳排放量在未來的趨勢變化 ... 8 圖 1-5 溫室氣體排放量在各情境的變化趨勢(2005-2030) ... 9 圖 1-6 住宅部門在施行 EEP2015 之後的(a)能源需求減量(b)與溫室氣體減量 ... 10 圖 1-7 全國與住宅部門歷年二氧化碳變動趨勢 ... 10 圖 2-1 氣候變遷調適六步驟下之研究流程圖 ... 14 圖 2-2 臺灣六大部門溫室氣體排放現況與減量目標 ... 16 圖 3-1 日本建築物能效法對於住宅部份規範的說明圖 ... 24 圖 3-2 窗戶和牆壁隔熱性能的階段加強目標 ... 25 圖 3-3 泰國能源效率計畫之減排路徑 ... 27 圖 3-4 各部門預期之減量效果 ... 28 圖 4-1 本計畫擬採用之自下而上的能量模擬模型 ... 29 圖 4-2 總人口成長趨勢-高、中及低推估 ... 31 圖 4-3 人均住宅面積和人均 GDP 之間的關係 ... 31 圖 4-4 住宅平面配置圖 ... 33 圖 4-5 模型推估值與歷史資料之校正 ... 36 圖 4-6 發電結構不變下 RCP2.6 情境溫室氣體排放趨勢 ... 39 圖 4-7 發電結構不變下 RCP4.5 情境溫室氣體排放趨勢 ... 39 圖 4-8 發電結構不變下 RCP8.5 情境溫室氣體排放趨勢 ... 40 圖 4-9 發電結構改變下 RCP2.6 情境溫室氣體排放趨勢 ... 41 圖 4-10 發電結構改變下 RCP4.5 情境溫室氣體排放趨勢 ... 42 圖 4-11 發電結構改變下 RCP8.5 情境溫室氣體排放趨勢 ... 42 圖 5-1 科學基礎減量目標計畫 ... 45

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VII 圖 5-2 氣候變遷情境與科學基礎減量目標之關係 ... 46 圖 5-3 IPCC 部門別與 SDA 部門別 ... 49 圖 6-1 目前法規所貢獻的溫室氣體減量(左)發電結構維持現狀(右)發電結構改變 ... 54 圖 6-2 修訂標準(1)所貢獻的溫室氣體減量(左)發電結構維持現狀(右)發電結構改變 ... 55 圖 6-3 修訂標準(2)所貢獻的溫室氣體減量(左)發電結構維持現狀(右)發電結構改變 ... 56 圖 6-4 修訂標準(3)所貢獻的溫室氣體減量(左)發電結構維持現狀(右)發電結構改變 ... 56 圖 6-5 空調節能率提升 20%所貢獻的溫室氣體減量(左)發電結構維持現狀(右)發電結構改變 . 57 圖 6-6 空調節能率提升 30%所貢獻的溫室氣體減量(左)發電結構維持現狀(右)發電結構改變 . 58 圖 6-7 空調節能率提升 40%所貢獻的溫室氣體減量(左)發電結構維持現狀(右)發電結構改變 . 58 圖 6-8 設備節能率提升 20%所貢獻的溫室氣體減量(左)發電結構維持現狀(右)發電結構改變 . 59 圖 6-9 設備節能率提升 30%所貢獻的溫室氣體減量(左)發電結構維持現狀(右)發電結構改變 . 60 圖 6-10 設備節能率提升 40%所貢獻的溫室氣體減量(左)發電結構維持現狀(右)發電結構改變60 圖 6-11 照明節能率提升 20%所貢獻的溫室氣體減量(左)發電結構維持現狀(右)發電結構改變61 圖 6-12 照明節能率提升 30%所貢獻的溫室氣體減量(左)發電結構維持現狀(右)發電結構改變62 圖 6-13 照明節能率提升 40%所貢獻的溫室氣體減量(左)發電結構維持現狀(右)發電結構改變62 圖 6-14 發電結構不變下的溫室氣體排放趨勢 ... 63 圖 6-15 發電結構改變下的溫室氣體排放趨勢 ... 65

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VIII

摘要

關鍵詞:住宅部門、溫室氣體預測、建築外殼節能、調適策略、國家自訂預期貢獻 一、研究緣起 全球氣候變化及其相關環境問題引起了大眾對社會可持續發展的關注。近幾十年 來,全球一致大力減少溫室氣體排放,其目的就在於減緩氣候變化的發生。藉由節能 措施來減少能源消耗為減少溫室氣體排放的關鍵方法之一。在建築方面,推估臺灣住 宅部門合理的排放(減碳)額度,並經由訂定法規來控制建築外殼的節能設計,為節 約能源和減少溫室氣體排放作出重大貢獻。建築技術規則中提供了部位式和性能式二 種路徑來指導新建建築物建築外殼節約能源設計。不管哪種路徑其規定的基準值,都 是基於以過去的氣象資料 TMY 或者 TMY3 的能源模擬結果得來的。然而,新建築面 對的是未來的氣候,而不是過去的氣候。因此,評估未來氣候下建築能耗的使用是極 為重要且迫切的。 二、研究方法及過程 本研究參考科技部「氣候變遷調適科技整合研究計畫」(TaiCCAT) 提出的氣候變 遷調適能力建構之六大步驟之前四步,以此為藍圖建立本計畫的研究流程。首先參考 我國溫室氣體減量及管理法、能源管理法及「國家自定預期貢獻」 (INDC)架構及要 求,訂定住宅部門的溫室氣體減量目標完成議題界定與步標設定;再者採用由下往上 之推估法,建立用於預測未來住宅溫室氣體排放趨勢之模型,由社經因素如人口、家 戶收入等為外部驅動因子,並考慮各個會影響住宅能源使用之最終用途,推估住宅部 門的能源使用情形,由模擬之結果建立溫室氣體推估模型以預測未來氣候下的住宅部 門排放趨勢。為了達到預期之減排目標,針對四個項目提出溫室氣體減量調適策略, 依序為建築外殼熱性能改善、空調效率提升、設備效率提升與照明效率提升,並以兩 組綜合調適策略作為說明,其中建築外殼熱性能之改善主要以建築技術規則為基準, 以為未來政策擬定之參考,以臻節能減碳之目的。

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IX 三、重要發現 本研究所得之重要結論如下: 1. 目前我國提出之溫室氣體減量推動方案方向,與各國在面對氣候變遷時所採 取的措施大致相同,不外乎提升新建建築外殼設計基準值、強化建築節能法 規、鼓勵或強制性使用高效率/低耗能的家電產品以落實最低容許耗用能源效 率標準(MEPS)等作法。 2. 因科學基礎減量目標在本質上與住宅部門的性質不符,本計畫參考 Taiwan 2050 Calculator 當中的住宅調適項目,評估其對於住宅部門溫室氣體減量的 效果,其中包含提升住宅外殼熱性能、空調、家電、照明能效。 3. 本計畫係針對住宅部門溫室氣體排放量模型進行比較,基於未來氣象年、不 確定性分析,提出住宅部門能源消費分析及預測,建立溫室氣體排放基線, 並分析相關減碳情境。在發電結構不改變的情境下,住宅部門的溫室氣體排 放量將於 2030 年後達到 3400 萬公噸;若國家發電結構改變,則可有望控制 在 2500 萬公噸,與前項情境相比,光以改變發電結構的方式就可減少 900 萬公噸的溫室氣體排放量。

4.

國家發電結構是否改變,是國家自訂預期貢獻是否能達標的重要因素。若發 電結構不變,採用極端努力的做法,在 2030 年距離國家目標仍有 183 萬公噸 溫室氣體排放的缺口是無法達標的;然而若發電結構改變,採用輕度減緩策 略,於 2030 年即可達到國家自訂預期貢獻的標準。

5.

外殼熱性能、空調、家電、照明分別占了住宅電力消耗的 6%、25%、43%、 26%。以國家發電結構改變之情境下且採取輕度減緩策略,若建築外殼法規 標準提升 10%,逐年更新率達 1%,將可減少約 18%(26 萬公噸)的溫室氣 體排放量(以 2017 年外殼負荷量貢獻的溫室氣體排放為基準);依照 2017 年的排放基準為分母,空調、家電、照明的自己減量比例分別為 3%(20 萬 公噸)、5%(62 萬公噸)、5%(37 萬公噸)。

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X 四、主要建議事項 根據本研究成果發現,提出下列具體建議,分別從立即可行建議及中長期建議加 以列舉如下: 建議一 研擬住宅部門之減碳獎勵調適措施:立即可行之建議 由本計畫所得之結果可知,強制性的法規所規範的住宅外殼節能效果有限,其餘 的溫室氣體貢獻量則落於空調、照明、家電設備上,其中多須以獎勵獲補助等措施來 達到節能減碳之目的。故研擬適合本土的住宅部門減碳獎勵調適措施極為重要。 主辦機關: 內政部建築研究所 協辦機關: 國內各大學或研究機構 建議二 推廣節能家電與相關之節能獎勵:立即可行建議 無論是何種改善程度的調適策略,逐年更新率為達成減量效果的重要因素,須仰 賴政府的推廣與民眾的配合才能達到一定的更新率;而空調系統、家電設備與照明燈 具的效率提升則需依靠產品開發端的技術進步,倘若上述的用電設備能在源頭達成節 能設計,對於住宅部門的溫室氣體減量將有莫大助益。 主辦機關: 經濟部能源局 協辦機關:

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XII

ABSTRACT

Keywords: residential building sector, greenhouse gas emissions projection, energy consumption, mitigation, Intended Nationally Determined Contribution (INDC)

1. Introduction

Global warming and its related environmental issues have raised public concern about sustainable social development. In the past few decades, the world has consistently and vigorously reduced greenhouse gas (GHG) emissions, and its purpose is to mitigate the occurrence of climate change. One of the key ways to reduce GHG emissions by reducing energy consumption is the implementation of energy conservation measures. In terms of building construction, the reasonable emission (carbon reduction) quota of the residential sector in Taiwan is estimated, and the energy-saving design of the building envelope is controlled by regulations to make a significant contribution to energy conservation and greenhouse gas emission reduction. The Building Technical Regulations provide two types of paths to guide the energy saving design of the new building envelope, and the specified reference value is based on the energy simulation results of past meteorological data such as TMY or TMY3. However, the new building is facing the challenge from the future climate, instead of the climatic condition of the past. Therefore, it is extremely important and urgent to assess the use of building energy consumption in the future climate.

2. Method

This study refers to the first four steps of the six major ones of climate change adaptation program proposed by the Ministry of Science and Technology's (Taiwan integrated research program on Climate Change Adaptation Technology, TaiCCAT), using this as a blueprint to establish the research process of this project. First, with reference to the structure and requirement from the Greenhouse Gas Reduction Act, Energy Management Act and the Intended Nationally Determined Contribution (INDC), the definition and step setting of the GHG reduction target for the residential sector is defined. The bottom-up method is integrated into a model for predicting the trend of future residential GHG emissions. Social factors including population and household income are served as external driving factors, and the final use of each residential energy source is considered. In order to achieve the expected emission reduction targets, the GHG reduction strategies encompassing four areas are proposed, which are to improve the thermal performance of the building envelope, to improve the air conditioning efficiency, to improve the equipment efficiency and to improve the lighting efficiency. Two comprehensive adjustment strategies are discussed in the study. Among them, the improvement of thermal performance of building envelopes is mainly based

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on the Building Technical Regulations, and it is intended to be a reference for future policies to save energy consumption and reduce carbon emission.

3. Significant findings

The following findings have been achieved in this research:

a) The currently direction of the greenhouse gas reduction promotion scheme proposed is about the same as those adopted by other countries facing with climate change. It includes upgrading the design value of new building envelope, strengthening building energy conservation regulations, encouraging or compulsory use of efficient/low-energy home appliances in accordance with the Minimum Allowance Energy Efficiency Standard (MEPS).

b) Since the science-based reduction target is intrinsically inconsistent with the nature of the residential sector, the study is based on the residential adaptation project built-in the Taiwan 2050 Calculator to assess its greenhouse gas reductions in the residential sector, including improving the thermal performance of the residential enclosure and air conditioning, home appliances, lighting energy efficiency.

c) The study compares the greenhouse gas emission models of the residential sector, based on the future meteorological year and uncertainty analysis, proposes the energy consumption analysis and forecast of the residential sector, establishes the greenhouse gas emission baseline, and analyzes the relevant carbon reduction scenarios. Under the situation where the power generation structure does not change, the greenhouse gas emissions of the residential sector will reach 34 million metric tons after 2030; if the national power generation structure changes, it can be controlled at 25 million metric tons, compared with the previous situation, the changing by power generation structure can reduce greenhouse gas emissions by 9 million metric tons.

d) Whether the national power generation structure changes is an important factor in whether the country's customized contribution can meet the goal. If the power generation structure remains unchanged, the use of extreme efforts will not reach the target of 1.83 million metric tons of greenhouse gas emissions from the INDC target in 2030; however, if the power generation structure changes, a mild mitigation strategy can be adopted in 2030, meeting the INDC target without additional effort.

e) Thermal performance, air conditioning, home appliances, and lighting account for 6%, 25%, 43%, and 26% of residential power consumption, respectively. In the context of changes in the national power generation structure and adopting a mild mitigation strategy, if the building envelope regulations are increased by 10% and the annual

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renewal rate is 1%, the greenhouse gas emissions will be reduced by approximately 18% (260,000 metric tons) compared to 2017. According to the 2017 emissions standard as the denominator, the self-reduction ratio of air conditioners, home appliances, and lighting is 3% (200,000 metric tons) and 5% (620,000 metric tons), respectively. % (370,000 metric tons).

4. Recommendation

a) Research on carbon reduction incentive adjustment measures in the residential sector. b) Promote energy-efficient appliances and related energy-saving incentives.

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1

第1章 緒論

第一節 研究緣起與背景

全球氣候變化及其相關環境問題引起了大眾對社會可持續發展的關注。近幾十年 來,全球一致大力減少溫室氣體排放,其目的就在於減緩氣候變化的發生。藉由節能 措施來減少能源消耗為減少溫室氣體排放的關鍵方法之一。在建築方面,透過建立科 學基礎減量目標,推估臺灣住宅部門合理的排放(減碳)額度,並經由訂定法規來控 制建築外殼的節能設計,為節約能源和減少溫室氣體排放作出重大貢獻。 建築技術規則中提供了部位式和性能式二種路徑來指導新建建築物建築外殼節約 能源設計。不管哪種路徑其規定的基準值,都是基於以過去的氣象資料 TMY 或者 TMY3 的能源模擬結果得來的。然而,新建築面對的是未來的氣候,而不是過去的氣 候。所以,若一直延續以過去氣象資料來規範建築外殼性能,將使得我國的建築能耗 無法提前因應氣候暖化。幸運的,內政部建築研究所 106 年的前期研究,已著手研究 與建立建築能源模擬用的未來氣象年,為本項計畫的開展建立良好的契機。

第二節 本研究計畫之重要性與預期成果

本計畫係針對我國各部門溫室氣體排放量推估模式進行比較分析,並基於未來氣 象年,結合不確定性分析,進行住宅部門能源消費分析及預測,建立溫室氣體排放基 線(BAU),並分析相關減碳情境,及探討建築技術規則中提供部位式和性能式二種 路徑的基準值該如何調整,以期達到在氣候暖化的背景下,仍不會增加建築外殼能耗 的最佳期望。 本研究之預期成果有以下三點: 一、完成住宅部門溫室氣體排放基線(BAU)建立及減碳情境分析。 二、完成住宅部門溫室氣體減量調適措施研擬及減碳量推估。

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2

三、完成建築技術規則中的基準值該調整建議,以在氣候變遷仍不會增加建築外 殼能耗的目的。

圖 1-1 研究流程圖

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第三節 研究步驟與流程

本研究案的研究流程與時程安排分如圖 1-1 和表 1-1。細部之研究流程說明將於 研究方法之章節帶入。 表 1-1 研究進度及預期完成之工作項目 月 工作項目 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 備 註 文獻蒐集整理 蒐集彙整未來 氣候下各國住 宅溫室氣體排 放趨勢 建構住宅終端 耗能模擬模型 住宅部門溫室 氣體排放基線 (BAU)建立及 減碳情境分析 住宅外殼能耗 的影響解析 評估調適選項 的效益貢獻量 與衝擊 提出建築技術 規則關於住宅 節能標準之修 改項目 改善建議 報告撰寫 預定進度 (累積數) 5 % 11 % 20 % 32 % 48 % 57 % 68 % 77 % 89 % 95 % 100 % (資料來源:本研究整理)

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第四節 國內外相關文獻回顧

本節整理有關國內外文獻之探討區分為氣候變遷背景、溫室氣體推估模型、區域 別與國家別的氣候變遷影響等之文獻分別進行文獻回顧。 自工業革命以來,大氣當中的二氧化碳濃度因為活躍的人類活動日漸上升,2015 年的全球二氧化碳平均濃度達到 400ppm,其水平為工業化之前的 144%。在政府間氣 候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)的第五次報告 書當中,以「代表濃度途徑」(Representative Concentration Pathways,RCP)定義四組 氣候變遷之情境,其中途徑所指的大氣當中二氧化碳濃度隨著時間改變的歷程,並以 「輻射強迫力」(radiative forcing)1 在 1750 年與 2100 年的差值作為區分各個情境的依 據。 四組氣候變遷情境分別為 RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0 與 RCP8.5。RCP2.6 為低溫 室氣體排放的情境,二氧化碳的濃度在 2100 年會達到 421 ppm;RCP4.5 與 RCP6.0 為 中溫室氣體排放,二氧化碳的濃度在 2100 年分別會達到 538 ppm、670ppm;RCP8.5 則為高溫室氣體排放的情境,二氧化碳的濃度在 2100 年會達到 936 ppm。各情境下的 全球平均溫度變化如圖 1-2 所示,若溫室氣體排放量得以抑制,如變遷情境 RCP2.6 所示,全球長期平均溫度於世紀末的平均增量可維持在攝氏 1 至 1.2 度,反之,若溫 室氣體排放量依照 RCP8.5 情境的走勢無限制成長,全球平均溫度將上升攝氏 3.5 至 5 度不等。 在國際上關於在未來氣候下住宅建築的溫室氣體排放預測模型分為兩種基本類 型:自上而下(Top-down)和自下而上(Bottom-up)的方法,。圖 1-3 示意性的顯示由國 1 輻射強迫所指的是,當大氣中某一因子產生變化,對於地球與大氣系統間能量平衡的影響程度, 而能夠使得地球與大氣系統能量平衡產生擾動致使氣候改變的因子,即稱為輻射強迫因子。基於前段 描述可知,二氧化碳的濃度即為輻射強迫因子之一。IPCC 報告書當中對於輻射強迫力的定義常以「氣 候變遷的某個外部驅動因子的變化,如二氧化碳濃度或太陽輻射量的變化等,造成對流層頂淨輻照度 發生的變化」(IPCC 2007; 國家災害防救科技中心 2014)。

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5 際能源總署 IEA (1998) 開發的自下而上和自上而下模型的一般方法論,而較複雜的預 測模型會混合使用這兩個基本類型。 圖 1-2 全球平均溫度變化相較於 1986-2005 的平均 (資料來源:IPCC 2014) 自上而下的方法是在國家總量的數據上做處理,通常是意在擬合國家能源消耗或 二氧化碳排放數據的歷史時間序列。這種模型傾向於用來調查能源部門和整個經濟之 間的相互關係,能夠被廣泛地歸類為自上而下的計量經濟學和技術模型。自上而下的 計量經濟學模型主要基於能源使用與社經因子之間的關係,諸如國民所得收入、燃料 價格和國內生產總值,以表達能源部門和經濟產出之間的聯繫。它們還可以囊括一個 國家的一般氣候條件。因此,計量經濟學自上而下的模型往往缺乏關於當前和未來技 術選擇的細節,因為其重視過去所觀察的宏觀經濟趨勢與關係,而非可能影響能源需 求的建築物中的個體物理因素。更重要的是,對環境、社會和經濟條件可能完全不同 於以前經歷的氣候變化問題時,直接套用過去的能源 - 經濟相互作用之間的關係可能 也不太合適。同時也缺乏固有的能力用以模擬科技技術上的不連續變化。 自下而上的方法是根據分解部件的層次數據構建,並根據組合而成的數據來估計 個別因素對整體能源耗用的影響。這意味著此方法可用於估計各種單獨的能效措施如 何影響二氧化碳排放。一般而言,這些模型可以用來選擇基於最佳成本效益的可用技 術和過程,以實現給定的碳排放減量目標。自下而上模型著重在部件層次上的處理, 因此需要廣泛的經驗數據庫來支持每個部件的描述,以提升模型推估的準確性。我國

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6 於每年估計國家總體溫室氣體排放量的計算方法,亦是由自下而上的方法計算各部門 的溫室氣體貢獻量,而本計畫亦採用自下而上之推估法建構符合我國住宅部門特性之 排放趨勢預測模型。 圖 1-3 自下而上和自上而下模型的一般方法論說明 (資料來源:IEA 1998) 影響未來氣候下住宅能源需求成長趨勢的因素眾多。主要因素包括人口數、家庭 規模、家戶收入和氣候條件。以上這些因素都被視為外部驅動因子囊括於住宅能源預 測模型中。van Ruijven 等人 (2011)基於由下而上的方法論提出了一套適合於開發中國 家的住宅能源需求預測模式,並用來預測印度自 2005 至 2050 的全國住宅二氧化碳的 排放趨勢,其結果顯示與 2005 年相比,在 2050 年印度住宅部門溫室氣體排放將增加

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7 9-10 倍之多,其中根據不同的社經情境假設如表 1-2 所示,表中的 OECD-EO 代表的 是社會經濟發展的基準情境,而另外兩種情境 OECD-A、OECD-B,前者強調市場機 制的自由發展、經濟蓬勃成長,後者著重於社會福利以期縮短貧富差距,根據結果可 發現三種情境的溫室氣體排放增量亦有所差異,可歸納出社經因素對於溫室氣體排放 量的影響必須列入考慮。Daioglou 等人 (2012)應用該模型於分析五個開發展中國家 (印度、中國、東南亞、南非和巴西)住宅能源使用的未來可能發展,其研究發現表 明,適當的氣候政策可以減少住宅能源的溫室氣體排放。 表 1-2 在不同社經情境之下的住宅部門排碳量 (資料來源:Ruijven et al. 2011) Bari 等人(2011)基於馬來西亞 2008-2020 年住宅部門能源消耗和二氧化碳排放的 初步評估。通過預測多項式曲線擬合方法估計能源消耗和排放的未來趨勢。研究表明, 2008 年,馬來西亞住宅部門的二氧化碳排放量為 2,347,538 噸,由於電力和液化石油 氣(LPG)的巨大消耗,到 2020 年會增加到 11,689,308 噸,如圖 1-4 所示。在天然氣、 液化石油氣、煤油和電力四種類型的燃料中,電力和液化石油氣導致能源消耗量增加 以及二氧化碳排放。研究還表明,到 2020 年,二氧化碳排放量可分別從 5%,10%和 15%的用電量減少量減少 11,367,417 噸,11,047,126 噸和 10,728,642 噸。 建築中的能源使用在全球和區域能源需求中占很大的一部分。供暖與空調在整個 建築能源使用中的重要性非常多樣,所占配額在 18%和 73%之間變化。Vorsatz 等人 (2015)的文章提供關於建築物中的能源使用、其驅動因素及其在全球和區域基礎上的 過去,現在和未來趨勢的信息來源。該文章根據 Kaya 特徵方法確定了供暖和空調能

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8 源需求的關鍵驅動因素:家庭數量、每戶人口、人均佔地面積、GDP,每 GDP 的佔地 面積和商業建築的比能耗等。 圖 1-4 住宅部門之耗能與碳排放量在未來的趨勢變化 (資料來源:Bari et al. 2011) Isaac 和 Vuure (2009)評估了在氣候變化背景下未來住宅供暖和空調的能源使用的 潛在發展趨勢。他們發現在參考情景中,全球對供暖的能源需求預計將增加到 2030 年,然後穩定。相比之下,預計空調的能源需求在整個 2000 - 2100 年期間將快速增長, 主要由於所得收入增長推動的。供暖和空調的相關二氧化碳排放量從 2000 年的 0.8 Gt C 增加到 2100 年的 2.2 Gt C,即能源使用產生的總二氧化碳排放量的大約 12%(在亞 洲增長最多)。氣候變化對全球能源使用和排放的淨效應相對較小,因為供暖減少通過 空調的增加來補償。然而,在這種情況下,單獨對供暖和空調的影響是相當大的,由 於氣候變化,到 2100 年,全世界的熱能需求下降了 34%,空調能源需求增加了 72%。 在區域尺度上,可以看到相當大的影響,特別是在南亞,與沒有氣候變化的情況相比, 由於氣候變化,住宅空調的能源需求可能增加約 50%。 Misila 等人(2017)根據泰國官方政府訂定之國家自定預期貢獻(INDC)目標,也究 是要在 2030 年減少至溫室氣體排放基線(BAU)情境的 80%,其調適策略則援引其國 家自訂之能源效率計畫 (Energy Efficiency Plan, EEP2015) 與替代能源發展計畫 (Alternative Energy Development Plan, AEPD2015),而 EEP2015 當中的措施包含強

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化建築節能標準、新建物法規、設備能源效率標章、推廣 LED 普及率。其研究依照調 適努力完成程度分成四個情境,分別為 SC1(EEP2015 與 AEDP2015 完成度 100%)、SC2 (EEP2015 與 AEDP2015 完成度 50%)、SC3(EEP2015 完成度 75% 與 AEDP2015 完成度 50%)、SC4(EEP2015 完成度 50% 與 AEDP2015 完成度 75%),結果發現其減量效果相較 於 BAU 基準,其能源部門分別減少了 47%、23%、30%、29%的溫室氣體排放量,也就是 說只要其中一種調適計畫完成度達 75%、另一項達 50%,其可達成國家自訂減量目標, 結果如圖 1-5 所示。 圖 1-5 溫室氣體排放量在各情境的變化趨勢(2005-2030) (資料來源:Misila et al. 2017) Chaichaloempreecha 等人(2017)進一步評估泰國能源效率計劃(EEP2015)提供於 建築部門長期節能潛 力和溫室氣體減排效益,透過使用遠程能源替代計劃系統 (LEAP),分析節能潛力和環境影響對節能潛力和環境影響的評估。建築部門又再細 分成住宅部門與商業部門,分析情境可分為排放基線情境(BAU 情境:排除能效改進 的情境)與替代情境(AL 情境:包括 EEP2015 中的所有現有措施)。再住宅部門與商 業部門的能源需求和溫室氣體排放量將從 2005 年的 12.8 Mtoe 和 43.2 Mt-CO2eq 增加

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到 BAU 情境下 2036 年的 39.6 Mtoe 和 131.1 Mt-CO2eq,該研究揭示了,EEP2015 可 分別在 2036 年將能源需求和溫室氣體排放量分別減少 19.1%和 31.2%。 圖 1-6 住宅部門在施行 EEP2015 之後的(a)能源需求減量(b)與溫室氣體減量 (資料來源:Chaichaloempreecha et al. 2017) 針對我國住宅部門的溫室氣體排放特性之研究,黃群達(2006)利用因素分解及 脫鉤指標分析方法,以住宅部門及商業部門為探討對象,針對住商部門之歷年能源消 費及二氧化碳排放變動趨勢進行探討,並藉由因素分解法找出影響二氧化碳排放之關 鍵因子;同時再以脫鉤指標分析住商部門在國內生產總值、能源及二氧化碳三者間的 發展關係;最後比較數個 OECD 國家商業部門二氧化碳排放變動的主要因素影響程 度。其研究結果顯示住宅部門的歷年碳排放量占全國比例的 10-12%,且住宅部門能源 消費 圖 1-7 全國與住宅部門歷年二氧化碳變動趨勢

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11 (資料來源:黃群達 2006) 結構以電力為主,油品及天然氣所佔比例較小;在因素分解方面,住宅部門主要影響 碳排放量的因素為每人居住樓板面積的增加、全國住宅戶口總數與家戶人口數。由上 述可知,社經因素確實會影響住宅部門的能源使用,因此本計畫提出之預測模型除了 考量氣候狀況的改變,亦會將上述社經因素納入模型之部件。 在歷史的排放趨勢以後,需進一步提出預測模型以實現推估住宅部門的溫室氣體 排放量,作為溫室氣體減量之基礎。林唐裕等人(2010)整合二個模型以推估我國住 宅及服務業部門能源需求,包含臺灣永續能源發展模型(Taiwan Sustainable Energy Development, TaiSEND),並應用系統動態理論,參考前人建構之住商部門能源服務需 求預測模型,在考量金融海嘯、潔淨能源發展與能源價格合理化等因素下,預測住宅 與服務業部門之能源需求。蔡妙姍(2015)運用自下而上(Bottom-up)之推估法,以系 統模型建置住宅與服務業電力需求推估模型,參數考量社會面、經濟面、技術面及環 境面建立住宅與服務業部門的電力需求預測模型進行節電潛力評估。而本研究將延續 上述各層面的考量以建構住宅部門的溫室氣體預測模型,並針對各個項目提出減量策 略。 為提供各界人士一個整合各項能源技術之資料庫且具公信力溝通平台,朱証達等 人(2013)建構了——臺灣 2050 能源供需情境模擬器(Taiwan 2050 Calculator),此為 工業技術研究院與英國政府合作共同開發之分析工具。其結合工業技術研究院過去於 能源研究與節能減碳技術專業資料庫,並納入符合我國國情的能源供給部門、住商部 門、工業部門、運輸部門等各技術的發展情境。可應用於探討未來可能能源發展情境 之下,對社會各層面之衝擊,包含能源安全、能源價格及環境衝擊等。

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第2章 研究方法

本計畫參考科技部「氣候變遷調適科技整合研究計畫」(TaiCCAT) 提出的氣候變 遷調適能力建構之六大步驟(以下簡稱「調適六步驟」),以此為藍圖建立本計畫的研 究流程。調適六步驟彙整自 IPCC 第五版評估報告書、國際間與國內氣候變遷調適步 驟,同時參照我國氣候變遷地方調適計畫而定之,其步驟依序為界定問題與設定目標、 評估與分析現況風險、評估與分析未來風險、界定與評估調適選項、規劃與執行調適 路徑、監測與修正調適路徑。本計畫之研究內容著眼於調適六步驟的前四步,如圖 2-1 所示,各項細部流程將以本研究案之主體——住宅部門的溫室氣體減量為例作說明。

第一節 界定問題與設定目標

此為調適決策之第一步驟,要目的為界定氣候變遷下的關鍵議題並設定調適目 標。藉由蒐集國內外氣候變遷文獻以及原有之規劃報告,找出氣候變遷與住宅部門相 關之關鍵議題、原有規劃內容與目標;延續 106 年之建研所計畫指出我國住宅部門面 臨之問題,例如空調使用時數拉長、尖峰負荷增大將使得整體空調耗能上升。 目標訂定之部份本計畫參考我國溫室氣體減量及管理法、能源管理法及「國家自 定預期貢獻」 (INDC)架構及要求,訂定住宅部門的溫室氣體減量目標。根據我國訂 定之國家自定預期貢獻,以全國為範疇,透過相關部門別減量的措施,於 2030 年溫室 氣體排放量減少為 BAU (business as usual) 情境之 50%。

第二節 評估與分析現況風險

六大步驟的第二步驟為評估與分析現況風險,借助歷史資料與模式現況模擬結果 評估目住宅部門溫室氣體排放所面臨之情景,並探討分險成因。為分析住宅部門之排 放現況,需先建構住宅終端耗能之模擬模型,計畫採用前述自下而上的能源推估模擬 模型,以描述不同家庭能量函數的能量需求和供給,圖中述及有關於住宅能源使用的 關鍵概念可照第 4 章之說明。透過特定終端用途功能及其驅動力來理解住宅領域的能

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源使用,並建立上述功能與社會經濟發展之間的關係,就能分析能源使用在未來的變 化。模擬模型中主要驅動力、次要驅動力與能量函數之間的相關性;而該模型主要由 五個最重要的終端用途功能所構成,即烹飪、家電器具、供熱和空調、熱水供應與照 明。

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圖 2-1 氣候變遷調適六步驟下之研究流程圖

(資料來源:本研究整理)

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17 在明確瞭解現況風險後,便可進入調適決策第三步驟,主要目的為利用先前建構 之模式評估基期(與現況校正過後之模式預估結果)與未來風險,由基期與未來風險 之差異探討氣候變遷所增加之風險,並探討風險來源。 為分析未來住宅部門的溫室氣體排放量變化,需先設定未來情境的發展趨勢已作 為分析基礎,當中包含了氣候情境與社會經濟發展情境。IPCC 在第五次報告書當中定 義了不同的溫室氣體排放情境,進一步以不同排放情境為條件代入全球大氣環流模式 (GCM)進行模擬,便可推估未來的各項氣候因子如溫度、濕度、日射量等等,也就是 所謂的氣候情境,本計畫擬採用之氣候情境為 106 年建研所計畫產製之未來典型氣象 年;在設定社會經濟情境以前須確定影響社會發展之因子,影響住宅終端能源使用的 因素包括人口數、經濟發展與建築面積等,本計畫擬參考國家發展委員會提出的「中 華民國人口推估(105 至 150 年)報告書」、「2005 - 2030 年人類住區全球報告」、國內 的戶政資料、家庭支出資料作為輔助,細部說明可參考第 4 章。 住宅部門排放趨勢與風險差異的部份透過前述建立並經驗證過後的住宅終端浩能 預測模型,輔以氣候情境與社經情境等設定,我們得以預測在氣候變遷影響下住宅部 門的溫室氣體排放趨勢。然而為了消彌大氣環流模式造成的系統誤差,除了分析歷史 的排放數據,以氣象合成模式合成出基期氣象資料,並進行住宅部門基期排放趨勢模 擬與分析亦相當重要,以此作為與未來住宅部門排放趨勢的比較基準,最終建立 BAU 基線。針對受氣候變遷影響最大的空調使用,分別解析北、中、南三個氣候區的住宅 外殼能耗影響,藉由靈敏度分析找出影響空調使用的被動式設計因子,作為改善建築 技術規則中部位式和性能式規範新建建築外殼的調適方向。

第四節 界定與評估調適選項

調適決策第四步主要為分析風險來源,擬定與評估可用之調適選項,藉以選出與 排序可行之調適選項。《溫室氣體減量及管理法》(以下簡稱溫管法)第 11 條規定,我

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18 圖 2-2 臺灣六大部門溫室氣體排放現況與減量目標 (資料來源:環保署) 國應以每五年為一期訂定溫室氣體階段管制目標,而第一期階段管制目標(草案)為 2020 年溫室氣體排放量較基準年(2005 年)減量 2%,也就是說 2020 年的全國溫室 氣體淨排放總量降為 260.717 百萬噸碳當量,其他中長期的管制目標如圖 2-2 所示。 針對住商部門而言,2020 年的管制目標為 57.53 百萬公噸,若參考經濟部統計的歷年 全國溫室起體排放量(含電力消費),住宅部門平均約占全國的 11.49%,商部門則占 了 11.96%,以此為依據計算出在 2020 年住宅部門的溫室氣體排放量需控制在 28.18 百萬公噸。若以中期目標 2030 年來看,溫室氣體量必須減少 2005 年的 20%。 為符合我國溫室氣體階段管制的第一目標,行政院環保署提出之溫室氣體減量推 動方案當中提及提升新建建築外殼設計基準值、強化建築節能法規、落實最低容許耗 用能源效率標準(MEPS)等措施,本計畫將以此為架構界定可行之住宅部門調適,並同 時借鏡國外經歷以及區域性的地方調適計畫蒐集可能的調適選項以利後續的評估。由 先前擬定之可能的調適選項,衡量各選項的減量效益以及衝擊。本計畫擬參考「臺灣 2050 能源供需情境模擬器 (Taiwan 2050 Calculator)」其運算核心,此模擬器為我國工 業技術研究院與英國能源及氣候變化部 (DECC) 共同合作,於 2013 年建構完成的, 此模型彙整了我國各項能源供應與節能技術的發展情境,並依照不同的調適努力程度

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19 區分,如表表 2-1 所示,期間透過各場專家諮詢會議共同檢視情境設定的合理性與可 行性,並在模型建構完成後公開所有參數設定、運算核心與文件說明,對於各部門擬 定氣候變遷調適策略有鄉大的助益,細部住宅部門調適選項則羅列如表 2-2。 表 2-1 Taiwan 2050 Calculator 調適情境設定 情 境 說明 L1: 保守 在此項目上無積極的作為或相對較為循序漸進的作為所達成之 目標。 L2: 積極 在一定程度努力下可達成之目標,但需有額外的規劃與作為方可 達成之目標。 L3: 前瞻 需要有非常積極規劃與動作才能達成之目標,需要排除政策許多 限制或科技發展有重大的突破才可達成。 L4: 極限 需要突破所有限制、窮盡所有資源及技術極限的發展才可能達成 之目標。 (資料來源:本研究整理)

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20 表 2-2 Taiwan 2050 Calculator 中針對住宅部門之調適策略 保守 積極 前瞻 極限 空 調 設 備 效 率 住 宅 部 門 空 調 以 分 離 式 及 窗 型 冷 氣機為主,國內小 型 空 調 機 能 效 維 持 現 行 MEPS 值,規範 MEPS 能 效標準每 5 年提升 10%,住宅空調到 2050 年 能 效 較 2010 年 提 升 48-56% 住 宅 部 門 空 調 以 分 離 式 及 窗 型 冷 氣機為主,國內小 型空調機 2016 年 起採用 CSPF 能效 標準,規範 MEPS 能效標準每 5 年提 升 10%,住宅空調 到 2050 年能效較 2010 年 提 升 51-63% 住 宅 部 門 空 調 以 分 離 式 及 窗 型 冷 氣機為主,國內小 型空調機 2016 年 起採用 CSPF 能效 標準,並提升現行 公 告 能 效 一 級 基 準 20%作 2016 年 MEPS 規範基準, 且 MEPS 能效標 準 每 5 年 提 升 10%,住宅空調到 2050 年 能 效 較 2010 年 提 升 56-63% 住 宅 部 門 空 調 以 分 離 式 及 窗 型 冷 氣機為主,國內小 型 空 調 機 以 提 升 日本 2012 年公布 之 能 源 效 率 評 估 指 標 30% 作 為 MEPS 規範基準, 且 MEPS 能效標 準 每 5 年 提 升 10%,至各機型之 理論最大值 住 宅 建 築 隔 熱 住宅建築隔熱新 建築物依 2013 年 出版之建築技術 規則,規範外牆 U 值 2.75(W/m2K)。 窗戶 U 值 4.7(W/m2K),遮陽 係數 0.35 住宅部門新建築 物符合 2013 年出 版之建築技術規 則,配合既有建築 之都更(拉皮)計畫 等策略,舊建物 2015 年起須符合 2013 年出版之建 築技術規則:外牆 U 值 2.75(W/m2K)。窗 戶 U 值 4.7(W/m2K),遮陽 係數 0.35 住宅部門提高 2013 年出版之建 築技術規則之規 範標準,新建物於 2013 年且舊建物 於 2015 年起符合 建築隔熱法規:外 牆 U 值 1.75(W/m2K)。窗 戶 U 值 3.5(W/m2K),遮陽 係數 0.25 住宅部門提高 2013 年出版之建 築技術規則之規 範標準,並採用高 性能的隔熱建 材,新建物於 2013 年且舊建物於 2015 年起符合建 築隔熱法規:外牆 U 值 0.85(W/m2K)。窗 戶 U 值 2.7(W/m2K),遮陽 係數 0.1 住 宅 照 明 住宅照明維持目 前已執行規劃的 法規與推廣策 略,如 LED 路燈 補助等方案,依產 品效能趨勢、光源 2015 年起針對辦 公室燈具、燈泡、 投光燈等多項照 明訂立強制性能 效基準,並禁止水 銀燈銷售;傳統燈 2015 年起針對辦 公室燈具、燈泡、 投光燈等多項照 明訂立強制性能 效基準,並禁止水 銀燈銷售;2018 2014 年起,市場上 凡效率低於 LED 照明,立即全數以 LED 燈具替代

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21 特性與市場價格 等因素,傳統燈具 於 2030-2047 年起 全數換為 LED 高 效率照明 具壽命終止時以 LED 裝置取代,加 速提升 LED 高效 率照明市場占 比,傳統燈泡將於 2020 年起全數換 為 LED 高效率燈 泡 年起限制傳統燈 具生產銷售;傳統 燈具壽命終止時 以 LED 裝置取 代,將於 2021-2033 年起全 數換為 LED 高效 率照明 住 宅 電 氣 設 備 與 其 他 針對住宅其他設 備,2015 年起實施 MEPS 基準管制及 能源效率分級標 示,2050 年能源效 率較 2010 年提高 3-45% 針對住宅其他設 備,2015 年實施 MEPS 基準管制及 能源效率分級標 示,MEPS 基準管 制調整頻率為 10-15 年,2050 年 能源效率較 2010 年提高 3-55% 針對住宅其他設 備,2015 年實施 MEPS 基準管制及 能源效率分級標 示,MEPS 基準管 制調整頻率為 5-10 年 ,2050 年 能源效率較 2010 年提高 4-73% 針對住宅其他設 備,2015 年實施 MEPS 基準管制及 能源效率分級標 示,MEPS 基準管 制調整頻率為 3-5 年,2050 年能源效 率較 2010 年提高 5-91% 住 宅 能 源 管 理 系 統 住宅部門裝置能 源管理系統市場 成長緩慢,平均節 電率為 3%且平均 年成長戶數低於 1 萬戶 住宅部門裝置能 源管理系統數量 逐年成長,平均節 電率為 3%且平均 年成長戶數約 1-3 萬戶 住宅部門能源管 理系統市場裝置 速度增強,平均節 電率為 7%且平均 年成長戶數約 5-10 萬戶 住宅部門配合智 慧電表系統全面 導入,規範顯示與 控制功能兼具之 能源管理系統需 全面推動安裝,平 均節電率為 7%且 平均年成長戶數 約 25-50 萬戶 (資料來源:本研究整理)

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第3章 國家自定預期貢獻與因應政策

於調適六步驟之第一步「界定問題與設定目標當中」,需先釐清氣候變遷下的關鍵 議題並設定調適目標,本章節將回顧東亞主要國家的國家自定預期貢獻與其相對應之 因應政策,以作為臺灣住宅部門在面對氣候變遷下的借鏡與參考。

第一節 國家自訂預期貢獻概述

全球各國於 2015 年於巴黎舉行的聯合國氣候變化綱要公約(U.N. Framework Convention on Climate Change,UNFCCC)締約大會(COP21)上通過了歷史性的國 際氣候協議,預計到目前為止,各國公開承諾了自 2020 年後根據新的國際協議打算採 取 的 氣 候 行 動 , 即 為 其 自 己 國 家 的 自 主 貢 獻 ( Intended Nationally Determined Contributions,INDCs)。在這些國家自主貢獻中傳達的氣候行動在很大程度上決定了 是否實現巴黎氣候協定的長期目標:將全球平均氣溫的升高控制在 2°C 以下,努力將 升溫限制在 1.5°C,並在本世紀下半實現淨零碳排放的目標。 表 3-1 顯示的是部份國家與臺灣自己所承諾的國家自訂預期貢獻,其中瑞士為最 早提出承諾的已開發國家。端看各國提出的減量基礎,可發現已開發國家較常使用實 際的歷史資料作為減排基準,如瑞士、歐盟直接選擇 1990 年碳排水平衡量減排效果; 開發中國家如墨西哥、泰國等則因社會經濟發展之需求,直接使用過去的碳排放資料 將會限制其國家發展,因而採取二氧化碳排放基線(Business-as-usual,以下簡稱 BAU 情境)作為減排基線來定義其減排目標,而 BAU 的意義為社經發展維持現況、完全 不採取任何溫室氣體減量要求的情境。 臺灣的國家自主貢獻承諾亦是採用 BAU 情境為基準,依現況各項現況發展趨勢 如經濟成長率、人口成長、能源與電力消費等,推得 2030 年的 BAU 溫室氣體排放量 約為 428 百萬公噸。再者衡量社經條件、部門減量潛力、碳匯貢獻等考量因素,以及 嚴格執行減碳節能政策、調整產業結構與低碳能源供給組合,一併考量能資源整合、 碳捕存等綠能低碳技術應用,最終訂定我國 INDC 減量目標為 2030 年溫室氣體排放

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24 量為 BAU 減量 50%,相當於歷史基準 2005 年排放量減排 20%;2050 年降至 2005 年 排放量的 50%以下。 表 3-1 各國自訂預期貢獻整理 國家 描述 瑞士 以 1990 年排碳水準為基準年,2025 年減排 35%,2030 年減排 50%。 歐盟 以 1990 年排碳水準為基準年,2030 年至少減排 40%,並強調所有減碳都 將在境內自主達成,不會將國際機制納入減碳計算中。 墨西哥 淨碳排量將在 2026 年達到峰值,在 2030 年減排至 BAU 的 22%,單位國 內生產總值二氧化碳排放比 2013 年下降 40%。 美國 在 2025 年前,較 2005 年削減 26-28%,在 2020 年相較於 2005 年水準減 排 17%,和歐盟同樣是透過國內自主達成,不會納入國際交易機制。 中國 碳排在 2030 年達到峰值,單位國內生產總值二氧化碳排放比 2005 年下 降 60%-65%。 日本 2030 年比 2013 年減碳 26%(相當於比 2005 年會計年度減碳 25.4%)。 韓國 2030 年要比 BAU 減 37%,會使用境外碳權抵減。 泰國 2030 年排放總量減少 BAU 情境的 20%,若能提升科技技術開發和增加財 務資源,可將減量水準增加至 25%。 新加坡 相較於 2005 年的碳排放強度,在 2030 年減少排放強度 36%,並穩定總 排放量於 2030 年達到峰值。 臺灣 減量目標為 2030 年溫室氣體排放量為 BAU 減量 50%,相當於 2005 年排 放量減少 20%,2050 年降至 2005 年排放量 50%以下。 (資料來源:聯合國氣候變遷綱要公約、本研究整理)

第二節 案例說明——日本

日本在歷經東日本大震災以及福島核災後,在 2015 年著力於制定新的能源政策, 從傷痛中檢視並重建自身的國家能源政策。其國家自訂預期貢獻為 2030 年相較於 2013 年減碳 26%,同時也是 2005 的 25.4%,然時程的計算上則以日本國家的會計年度為準 (以下以 FY 表示其為日本的會計年度)。

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25 自 2001 年至 2010 年的歷史溫室氣體排放資料來看,其住宅部門的溫室氣體排放 量維持在 2000PJ 不等且無明顯的增量趨勢,在部門別上占國家整體的 13.9%至 15.3%。再由其 INDC 報告書當中可知,日本約有九成的溫室氣體排放量來自能源消 耗,依照類別可再拆成工業、商辦與其他、住宅、運輸與能源轉換,其中住宅的部份 預計字體減少 39%的能源消耗量,其針對住宅部門的減量措施包含提升新建建築的節 能法規標準、改善既有建築的隔熱性能、使用高效率熱水器、引入高效率照明燈具與 家電設備、提升家庭能源管理系統以及其他智慧監測系統、促進與其他部門間的政策 整合等。 針對既有與新建建築(含住宅與非住宅)的相關規範則有 2015 年新成立的建築物 能效法(Building Energy Efficiency Act),該法 (1)強制性規定了大型非住宅建築物需 符合的能效標準,預計於 2017 年開始實行,以及 (2)為鼓勵性質能源政策,如能源效 率標籤系統。 表 3-2 日本 INDC 對於能源消耗產生的溫室氣體排放減量承諾 類別 FY 2030 排放量 單位:million t-CO2 2030 各部門 的碳排占比 FY2013 排放量 單位:million t-CO2 2030 跟各自部門 相比減少的比例 (以 FY2013) 工業 401 43% 429 -7% 商辦與其他 168 18% 279 -40% 住宅 122 13% 201 -39% 運輸 163 18% 225 -28% 能量轉換 73 8% 101 -28% 能源消耗之 總碳排 927 - 1235 -25% (資料來源:日本 INDC 承諾書)

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26 圖 3-1 日本建築物能效法對於住宅部份規範的說明圖 (資料來源:日本建築物能效法) 針對住宅的規範標準著眼於建築外殼的性能表現、家戶總體能源消耗這兩大類。 建築外殼的規範主要針對整體外殼的熱傳透率、冷房時期的玻璃日射熱取得作為規範 依據,只要小於規範標準值即符合規定;家戶的總體能源消耗包含來自冷暖房、通風、 照明、熱水系統與其他家電的能耗量,最後扣除自產發電的部份,淨家戶能耗小於法 規值為強制級、低於法規標準 10%則為認證級,在 2020 之後更希望提升整體住宅的 淨家戶耗能減少法規標準的 15%。上述之規範細節可參考住宅頂尖計劃(Housing

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Top-Runner Program)與能源效率標準與認證系統(Energy Efficiency Standard and Notification System)。

第三節 案例說明——韓國

韓國計畫在 2030 年的溫室氣體排放量減少 BAU 情境的 37%(相當於 850.6 Mt CO2eq),減排範圍將覆蓋所有經濟部門,其 BAU 情境的預測則是基於韓國自己的能 源經濟研究院能源與溫室氣體模擬系統的結果,其中考慮了關鍵的經濟影響變量,如 人口、國內生產總值與石油價格。 總體而言,韓國的住宅部門溫室氣體排放量有逐年上升的趨勢,自 2000 年的 629.4PJ 成長至 2010 年的 831.4PJ,增量約為 2000 年的 32%,其占國家整體排放量的 12%,然為了使得住宅部門的排放量在未來符合其國家自訂預期貢獻的目標,其措施 包含從建築最初之設計階段道日常營運,囊括的法規包含綠建築標準規範(Green Building Standards Code ) 與 環 保 住 宅 的 績 效 評 估 ( Performance Evaluation of Eco-friendly Homes)等。

圖 3-2 窗戶和牆壁隔熱性能的階段加強目標

(資料來源:韓國 INDC 承諾書)

建築節能法規對節能設計提出了強制性要求,包括防止熱量損失(主要適用於暖 房之情形)和安裝節能設施,並製定能效指標以有效管理建築能源的使用。韓國能源

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28 局透過審查以確認該建物是否滿足所有法定標準,並且在能源績效指數(Energy Performance Index,EPI)上至少需獲得 65 分(而公共建築最低應得 75 分),最終決 定是否頒發建築許可證。規範項目包括了節能設計標準(如外殼平均傳熱係數、窗戶 的氣密性和屋頂)、機電設施(安裝高效認證產品、採用節能控制技術的產品)、新興 能源和可再生能源的使用(應用於冷房、暖房和熱水供應),而此法規針對的是總樓地 板面積大於 500 平方米的建築物。藉此規範預計可將建築耗能,從 2012 年的減少成 2009 年水準的 15%、2017 年減少 30%、2020 年減少 60%,到 2025 年達成零耗能建 築,如圖 3-2 所示。 環保住宅的績效評估旨在制定節能和環保住宅標準,到 2020 年建立 200 萬個符合 此項計畫規定的住宅(新建建築 100 萬件、改善既有建築 100 萬件),以應對氣候變化 挑戰,實現低碳綠色計畫,規範範疇可分為性能標準與結構標準。以性能標準而言, 居住面積超過 60 平方米的住宅用地的能源消費總量(二氧化碳排放量)應減少 30% 以上,居住面積小於 60 平方米的住宅,其供暖、熱水供應、熱源使用和電力能源應減 少 25%,其評量標準包含了 14 個項目(內外牆、窗戶、外門、樓地板、屋頂、鍋爐、 綜合能源使用、新興能源和可再生能源利用等);結構標準則分為三部份,第一是加強 設計節能建築物條例(Regulation on the Designing Energy Saving Buildings)當中的隔 熱標準(窗戶標準提升 43%、牆面標準提升 31%以上),第二是安裝高效率冷凝鍋爐 系統,第三是強制安裝高效設備(高度氣密窗、高效設備和材料、備用電源切斷裝置、 高效照明、獨立溫度控制系統等)。

第四節 案例說明——泰國

泰國的國家自主預期貢獻目標為溫室氣體總排放量於 2030 年減少 BAU 情境的 20%,若能提升科技技術開發和增加財務資源,則可進一步將減量水準增加至 25%。 為因應其 INDC 目標,泰國政府提出一系列之能源整合藍圖計畫,其中與住宅部門較 相關的計畫為能源效率發展計畫(Thailand Energy Efficiency Development Plan,EEDP 2015),適用期程自 2015 年至 2036 年,其他配合之計畫如替代能源發展計畫(Alternative Energy Development plan,AEDP2015)亦為泰國國家能源計畫的重要項目。

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29 能源效率發展計畫在根據亞太經濟合作會議協議織目標下,規範其在 2030 年碳排 放強度減少至 2005 年水準的 25%,於 2036 年碳排放強度減少至 2010 年水準的 30%; 在其國家自主預期貢獻之架構下,訂定運輸部門總排放量於 2020 年減少至 2005 年水 平的 7%。如圖 3-3 所示為能源效率計畫預期實行之減排路徑,藍色實線的部份為未 實行任何調適措施的 BAU 情境下溫室氣體排放趨勢,橘色虛線則為實行能源效率計 畫後的排放路徑,預計在 2036 年相較於 BAU 情境可減少 56142ktoe。 圖 3-3 泰國能源效率計畫之減排路徑 (資料來源:泰國能源效率計畫) 能源效率計畫的項目依實行做法主要分成三大類別,分別為強制性、自願性與附 加性。強制性作法包含指定工廠建築的強制性節能法規(對象主要為商辦建築)、新建 建築之能源法規、電器能源標章、能源效率資源標準;自願性作法則有補助設備更新、 透過價格補助提升 LED 燈普及率、運輸部門節能措施;補充性作法則囊括能源方面的 人力資源開發、建立公眾節能意識與行為、支持能源技術研究與應用發展。其中跟住 宅部門較相關的則為電器能源標章、能源效率資源標準和提升 LED 燈普及率,泰國並 未將新建建築之能源法規歸類於住宅部門減量之措施。經由上述之調適作法以後,各 部門之減量效益如圖 3-4 所示,雖然在泰國之國家總體 INDC 目標為減量 20%,但由

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30 圖可知各部門的幾減量效果因部門各自特性上的差異而有所不同,如住宅部門的粽溫 室氣體排放量預期在 2036 年減少 8%而運輸部門則減少 46%,故並非所有部門皆為等 比例減量之關係。 圖 3-4 各部門預期之減量效果 (資料來源:泰國能源效率計畫)

第五節 小結

由前述的三個東亞國家案例可歸納出,不論是開發中國家或已開發國家,住宅部 門在面對氣候變遷時所採用的調適策略不外乎提升新建建築外殼設計基準值、強化建 築節能法規、鼓勵或強制性使用高效率/低耗能的家電產品以落實最低容許耗用能源效 率標準(MEPS)等措施,與行政院環保署提出之溫室氣體減量推動方案方向大致相同, 然實行程度與細節則需要透過後續評估,也就是氣候變遷調適步驟的第四步「界定與 評估調適選項」,才能更有效率的達成國家自主貢獻量之目標。

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第4章 住宅耗能模型與溫室氣體推估

本章節將簡述自 106 年計畫以來,本研究所建構的自下而上推估的住宅耗能需求 推估模型,並在推估模型矯正過後,於最後一節展示住宅部門至 2035 年的溫室氣體排 放趨勢預測,以此作為後續調適策略評估的基線。

第一節 自下而上的住宅能耗模擬模型

圖 4-1 本計畫擬採用之自下而上的能量模擬模型 (資料來源:本研究整理)

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32 本研究採用如圖 4-1 所示之自下而上的能量模擬模型,以描述不同家庭能量函數 的能量需求和供給。本計畫的住宅溫室氣體排放趨勢預測界定為家庭的直接碳排放, 包括家庭直接耗能部份產生的碳排放的趨勢預測,而私人交通和間接碳排放當中涵蓋 家庭成員的食、衣、住、用過程中的非能源產品和服務消費,其在生產過程中的碳排 放則不在本計畫的預測範圍內。圖中述及的有關於住宅能源使用可從現有文獻中得 出,通過關注特定終端用途功能及其驅動力以理解住宅領域的能源使用,將這些能源 功能與經濟發展聯繫起來,就能分析及預測未來的能源使用變化,而圖 4-1 也顯示出 了在模型中主要驅動力,次要驅動力和能量函數之間的相關性。總體而言,該模型著 重於五個最重要的最終用途功能:即烹飪、家電器具、供熱和空調、熱水供應和照明。 以下將針對細部的主要驅動因子、中間層驅動和能源功能作說明。

第二節 主要驅動因子與中間層驅動

本研究提出的預測模型所採之主要驅動因子囊括人口、家庭支出、人口密度、家 庭規模與氣候條件。中間層驅動包含總體建築面積,對於發展中國家,電氣化亦為能 源使用模型中間驅動因子之一,然而臺灣之能源使用已趨近成熟,近幾年之電力消費 在住宅部門之占比已超過八成,故電氣化對於建構住宅整體能源模擬模型的影響可忽 略。 壹、 人口數、家庭支出、家庭規模與建築面積 國家總體人口的成長直接影響住宅能耗之需求,故詳細的人口預測資料有利於住 宅部門溫室氣體的推估。本研究之人口預測資料參考由國家發展委員會提出的「中華 民國人口推估(105 至 150 年)」,其中包含自 2016 年至 2061 年的高、中、低之人口 推估值,趨勢預測結果如圖 4-2 所示。根據推估報告結果,在 2030 年以前國內之人 口雖為正成長,然而成長速度將持續趨緩,零成長之現象預估將於 2021 至 2025 年間 發生,總人口數最高峰達 23. 8 百萬人,較 2016 年約增加 26 萬人;由於人口結構高齡 化、生育率下降等影響,2061 年人口數將降至 18.4 百萬人,約為 2016 年之 72.5%至 82.8%。

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33 年間平均家庭化的數據和情景值本研究參考「2005 - 2030 年人類住區全球報告」 以及國內的戶政資料。家庭支出資料則參考人均國內生產總值(人均 GDP)。同時本 研究參考聯合國人居署全球城市指標數據庫和歐洲統計局城市審計歐洲統計數據庫收 集了全世界目前平均樓面面積數據,其結果如圖 4-3 所繪製的住屋面積和人均 GDP 之間的關係,根據此關係式,可藉由經濟成長之趨勢得到全國住宅部門之總體建築面 積,以此作為預測模型的中間驅動層因子。 圖 4-2 總人口成長趨勢-高、中及低推估 (資料來源:國家發展委員會) 圖 4-3 人均住宅面積和人均 GDP 之間的關係

(資料來源:Isaac and Vuuren 2014)

貳、 氣候條件——未來氣象年製作

為對未來的家庭的空調耗能詳細估算,需更全面地了解氣候變化對建築能耗的影 響,因此本研究必須製作逐時的未來氣象年。本計畫採用過去內政部建築研究所委託

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研究所產製的 TMY3 標準氣象年(何明錦和黃國倉, 2013)與來自全球大氣環流模式 (Global Circulation Model, GCM)的數據來產生臺灣主要城市的 2015 年到 2100 年的逐 時氣象年。參考莊愷韓(2015)的文章挑選符合臺灣氣候條件之全球大氣環流模式,選 定的模式須包涵地表溫度、地表比溼、地表向下短波輻射通量、地表風速與風向,透 過主成份分析上述各項影響建築能源使用的氣象參數,與八個測站(台北、新竹、台 中、花蓮、嘉義、台南、台東與高雄)過去的實測資料作比對,最後選定 CanESM2 作為本研究參考之模式。 由於大氣環流模式之模擬極為複雜與耗時,故本計畫選定之 CanESM2 模式僅模 擬 RCP2.6、RCP4.5 和 RCP8.5 三種氣候變遷情境,分別代表低、中、高溫室氣體排放 量的氣候背景值。然而全球大氣環流模式的氣候變化資料庫只提供每年的月平均資 料,但實際代入建築能耗模擬時所使用的氣象年,其要求的時間解析度為逐時的氣候 資料,故有必要將月平均資料轉化成逐時資料的形式,為達成此目的,故本研究援引 目前國際上最常使用的型態轉換法(Belcher et.al 2005)將月平均資料轉化成逐時資料, 結合 TMY3 標準氣象年,最終產製未來的逐時氣象年。

第三節 能源功能

根據本研究提出的住宅能源使用預測模型,家戶之各項終端能源使用包含烹飪、 電器設備、供暖與空調、生活熱水、照明等需求,以下將逐項說明。 由於經歷不同經濟發展時期和不同建築能源法規要求,造就台灣現階段住宅建築 物在型式與熱性能上的多樣性,使得建築模擬過程中存在著高度不確定性。故本研究 放棄範例建築模型,改以全域方法之蒙地卡羅分析(Monte Carlo Analysis, MCA),探 討 在 同時 改變所有參數之 狀 況下, 應 變之改 變 量(Iain A. MacDonald, 2009; van Griensven et al., 2006),並以 MCA 中之隨機抽樣法,隨機產生亂數後,透過給定的機 率分佈與其對應之參數,經比例轉換為 300 組隨機住宅樣本以作為本研究之模擬對 象。首先選定臺灣較為常見之集合住宅標準平面,如圖 4-4 所示。

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35 逐時的未來氣象年製作完成後,便可藉助建築動態能耗模擬來獲得每一家庭使用 空調的單位能耗。在藉由 MCA 建構住宅樣本的同時,本研究假設各項影響空調耗能 之變因,透過 MCA 進行樣本之生成盡可能模擬涵蓋市場上所有可能存在之住宅建築 樣態組合。各參數變動範圍之設定則參考郭柏巖(2005)之研究與節能法規,數值羅 列如表 4-1,為探討在可行範圍內之變動(如表中之最大值與最小值),本研究假設各 參數 圖 4-4 住宅平面配置圖 (資料來源:本研究整理) 分佈類型為均勻分佈(Normal Distribution),類別囊括各項建築外殼參數與室內熱取 得來源。 由於受氣候影響之建築能源最鉅者係以空調耗能,因此為了描述臺灣常見之住宅 空調系統的運轉情形,以透過動態模擬獲取其全年空調耗能量,必須事先定義住宅空 調之運轉模式。臺灣的住宅多以小型分離式空調為主,其運轉模式類似於複合式空調 模式,意即當室內過熱時始啟動空調運轉以達降溫之目的,否則常時多以開窗自然通 風為主。空調的運轉與否,應視室內狀況是否有過熱的情形發生,為了判斷住宅空調 的啟停時間,我們採用 ASHRAE Standard 55 提出的熱適應舒適模型作為評斷標準, 當室內操作溫度高於該模型室內 80%熱舒適上限時則啟動空調。該模型的最佳室內操 作溫度(Toc)乃為一外氣月均溫(Tom)之函數,而 80%的舒適範圍上界則為 Toc + 3.5°C。

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36 0.31 17.8 oc om T = ×T + 式 4-1 貳、家電設備與照明 各項家電設備、照明設定參照郭柏巖之「住宅耗電實測解析與評估系統之研究」, 此研究針對台灣地區公寓和透天式住宅進行耗電量解析,透過實地調查統計住宅規 模、家庭人口、家電普及率以及生活模式等住宅因子,並對各項家電設備進行電力監 測其計算而得的設備密度與照明密度羅列如表 4-1 所示。各項家電與照明設備的普及 率上則參考台電所做的「102 年臺灣地區家用電器普及率調查」,發現家用電器除了傳 統上使用的電冰箱、電扇普及率最高,冷氣機的普及率亦高達九成以上;由於社會、 經濟等大環境改變,手機充電器及電腦的普及率也都突破八成;針對會增加室內熱取 得的項目則一併羅列於表 4-1,以利動態空調耗能之解析。 參考林建隆 (2003)分析住宅設備的二氧化碳排放生命週期,設備更新占了整個週 期的 5%,相較於日常使用所占的 90%其影響比例較少,故本模型之推估先行忽略設 備與照明更新的溫室氣體貢獻量。設備與照明之耗能除了會貢獻住宅部門之總體溫室 氣體排放量,其於使用狀態時產生之發散熱亦會增加室內之冷房負荷,增加空調能耗。 表 4-1 各變因及其參數設定 變因 最小值 最大值 備註 坪數分配 92.56 m2 窗牆比 (WWR) 0.1 0.6 - 玻璃熱傳透率 (U 值) 1.5 6.0 W/m2-K 玻璃日射透過率 (Solar heat gain coefficient, SHGC) 0.20 0.85 - 外遮陽深度比 0 2.0 遮陽裝置的深度與窗高之 比值,採格子遮陽 外牆熱傳透率 (U 值) 0.5 3.5 W/m2-K 建築方位 八個方位等機率模擬 每戶人員數 4 人 客餐廳的燈光密度 12.0 W/m2 客餐廳的設備密度 10.8 W/m2

數據

圖 1-1 研究流程圖  (資料來源:本研究整理)
圖 2-1 氣候變遷調適六步驟下之研究流程圖  (資料來源:本研究整理)
圖 3-2 窗戶和牆壁隔熱性能的階段加強目標  (資料來源:韓國 INDC 承諾書)
圖 4-9 發電結構改變下 RCP2.6 情境溫室氣體排放趨勢  (資料來源:本研究整理)
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參考文獻

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