建築節能光明面與黑暗面 - 杜威達 總經理

建築節能光明面與黑暗面 - 杜威達 總經理

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1. 姓名：杜威達 職稱：總經理 LINE：weidatu 現職機構：亮鉅能源科技公司 建築 節能 2020教育部潔能系統整合與應用人才培育計畫-能源教育資源總中心計畫 光明面與黑暗面 2020年5月26日 @ 國立成功大學 1
2. 2 • MPhil, Chem Eng, UoB, UK • PhD, Mech Eng, NCU, TW • MSc, Mech Eng, NCU, TW • Hsinchu Science Park: (1) Green Building Contributor Award, (2) Best Partner Award • ITRI: Outstanding Achievement Award (Heat Pump Water Heater) • MOEA: Energy Saving Ent Award (HuaNan Bank) • Taiwan Green Building Certificate - Dimond-rated certificate x 3 times • Energy Management System • Energy Statistics and Modeling • Energy Audit • Indoor Air Quality • ITRI: Green Lab Manager, TAF Lab Manager, Energy Affair Manager • Project Leader: MOEABOE, Taipei gov, Kaohsiung gov, Pingtung gov, etc. • Lecturer: NCUT HVAC and Energy Department • Referee: National Energy Hands-on Competition, MOE • SCI Reviewer: AIChE, Adv Powder Tech • Certification Committee Chair of ZEBTA Education Interests Was Awards 關於我 About 攝於2019年ASHRAE區域年會
3. 人類挑戰與全球目標 簡報大綱 Part 1 Part 2 Part 3 節能是門好生意 / 節能的重點 – 建築部門 建築節能在忙甚麼? 建築節能光明面與黑暗面 整體趨勢與現況 / 治理框架 3 節能量是看不到的 / 能源是個大系統，甚麼是系統? / 你的能源效率指標不是我的指標 / 能源貧窮 / 便宜花更 多嗎?
4. 人類挑戰與全球目標 簡報大綱 Part 1 Part 2 Part 3 節能是門好生意 / 節能的重點 – 建築部門 建築節能在忙甚麼? 建築節能光明面與黑暗面 整體趨勢與現況 / 治理框架 4 節能量是看不到的 / 能源是個大系統，甚麼是系統? / 你的能源效率指標不是我的指標 / 能源貧窮 / 便宜花更 多嗎?
5. 5 Source: IEA WEO 2019 10 20 30 40 Gt CO2 2010 2020 2030 2040 2050 Energy-related CO2 Emissions & Reductions in Different Scenarios by Source
6. 費用計算： https://bit.ly/2X9xy2e 高雄市 30坪設置PV 設置價格 79萬元 年收入 10.0萬元 屏東縣 30坪設置PV 設置價格 79萬元 年收入 9.1萬元 台南市 30坪設置PV 設置價格 79萬元 年收入 10.3萬元 以南部縣市為例看成本 6
7. 全球溫室氣體 減排成本曲線 Source: McKinsey (2009), reproduced with permission of McKinsey & Company 7
8. Generation operators Transmission operators Distribution operators 8 Source: ASHRAE Building Our New Energy Future
9. 住商建築占用全球可傳輸能源 (Delivered Energy) 20.1%，且不斷增 長，是永續情境 (SDS) 實現的關鍵 ASHRAE Building Our New Energy Future https://www.eia.gov/outlooks/ieo/pdf/buildings.pdf 9 Sources: The World Bank, United Nations Department of Economic and Social Affairs, United Nations Environment Programme, U.S. Environmental Protection Agency, Bloomberg New Energy Finance, World Energy Council, U.S. Energy Information Administration 建築能源佔20%
10. 人類挑戰與全球目標 簡報大綱 Part 1 Part 2 Part 3 節能是門好生意 / 節能的重點 – 建築部門 建築節能在忙甚麼? 建築節能光明面與黑暗面 整體趨勢與現況 / 治理框架 10 節能量是看不到的 / 能源是個大系統，甚麼是系統? / 你的能源效率指標不是我的指標 / 能源貧窮 / 便宜花更 多嗎?
11. 國內電力消費(按部門) 11 Source: 2018能源統計手冊
12. 2018年能源供給與消費流程圖 12 Source: 2018能源統計手冊
13. 建築節能治理框架 13 經濟發展 環境保護 能源安全 社會公平 金融 工具 教育 推廣 限制 條件 能管 系統 電力 系統 設備 系統 建築 規劃 設計 政策 法規
14. 人類挑戰與全球目標 簡報大綱 Part 1 Part 2 Part 3 節能是門好生意 / 節能的重點 – 建築部門 建築節能在忙甚麼? 建築節能光明面與黑暗面 整體趨勢與現況 / 治理框架 節能量是看不到的 / 能源是個大系統，甚麼是系統? / 你的能源效率指標不是我的指標 / 能源貧窮 / 便宜花更 多嗎? 14
15. 1970年代能源危機導致能源價格大漲之後，能源技術服務業（ESCO）應運而生， 透過效益保證與費用攤還的商業模式提供服務 15 Source: 節能績效保證專案示範推廣補助要點宣導手冊 ／ https://bit.ly/2ygcnmQ
16. ESCO 特色 16 Figure: https://bit.ly/3cI8ohR ESCO 服務前 ESCO 服務初期 ESCO 服務後期
17. 17 你知道節能是量不出來的嗎?
18. 能源績效與使用量 － 理想狀況 18 誰能告訴我 這樣節能多少? 如何驗收? Source: 柯明村教授，能源績效基準線及指標建立統計與不確定度
19. ASHRAE Guideline 14 19 Option A Option B Option C Option D
20. 能源績效與使用量－實際狀況 20 Source: 柯明村教授，能源績效基準線及指標建立統計與不確定度 1. 數據測量必然存在一定程度誤差， 稱之 ❶ ，該怎麼計算? 2. 改善前後數據相減之後，尚不等 於節能量，因為還差了一個調整 量 (Adjustment)，又分兩種，一 種叫做 ❷ ，另一種叫做 ❸ ， 該怎麼計算? ❶ 不確定度 (Uncertainty) ❷ 常態性調整 (Routine Adjustment) ❸ 非常態性調整 (Non-routine Adjustment)
21. 不確定度 Uncertainty 常態性調整 Routine Adjustment 非常態性調整 Non-routine Adjustment 例如產量變化、天氣變 化，但也不必通通選， 因為沒被選到的代表影 響不大，通常稱作為 noise 獨立變數 意思就是說很久才會 出現一次的變數，例 如新的法規、外殼修 繕變化、一天2班變三 班、設立新的機房等 靜態因數 不確定度的來源為量 測與模型之誤差、取 樣誤差、假設條件造 成的誤差 必然存在 可降低無法消除 21 1 2 3 舉兩個例子來看看
22. Modeling Uncertainty: three indices to represent how well a mathematical model describes the variability in measured data. 22 不確定度 Uncertainty 不確定度的來源為量 測與模型之誤差、取 樣誤差、假設條件造 成的誤差 必然存在 可降低無法消除 1
23. Sampling Uncertainty: The relative uncertainty created by estimating the mean (y) of a population of Q items from a random sample of q items with values yi is. 23 不確定度 Uncertainty 不確定度的來源為量 測與模型之誤差、取 樣誤差、假設條件造 成的誤差 必然存在 可降低無法消除 1
24. 24 你講的節能 量是我講的 節能量嗎? 你 能 理 解 並 尊 重 精 度 與 成 本 衝突的事實嗎? 節能的最後 底線在哪裡? 應該補助快速 回收設備?還 是緩慢回收的 設備? 使用率偏低 的設備要不 要改善? 順著這張圖， 節能等於能 源效率嗎? https://bit.ly/2XnpdID
25. 零耗能示範屋 設計理念 25 高性能建材及高效率能源電器 利用建築模擬技術計算最適建材，並 導入高效率設備，降低建築物附載與 耗能，提高能源使用效率 自然通風及自然採光的建築設計 以高自然通風採光之設計，利用太陽能光電板 本身之特性：不透光部分可遮蔽掉大部分的日 曬並將日照光能轉換成潔淨之電能，而透光部 分則採天窗設計，隨晝光產生曼妙的光影變化
26. 設計條件 26  家用住宅  地上2層，總樓地板面積172 m²  外牆16 cm混凝土，外貼瓷磚  窗戶60 m² ，窗牆比 14.6%，北向窗牆比 11.9%， 其餘為 15.5%，窗戶 1.5*1.5m2 / 0.5*1.5m2, 6 mm清玻璃  變風量空調  應用台中2008氣象資料  裝置水平與直立之BIPV再生能源系統，有遮 陽效果  人員5人  照明與設備輸入依照”建築耗能調查分類與住 宅類耗能調查之研究“林憲德，內政部建研所， 2000
27. 基本概念說明 (1/2) 27 Bldg sim + CFD Supply side: renewables Demand side: Efficient smart appliances and equipment EICT and behavior prediction Eventually to achieve ZEB Materials and Components: Meters, Wall, door, windows, decoration, awning, paint, etc.
28. 基本概念說明 (2/2) 28 +9,000 -11,253 -8,517 Annual Energy Production (kWh / yr) Roof & Wall, 427, 3.8% Low-e Windows, 158, 1.4% LED, 641, 5.7% Efft AC, 775, 6.9% BEMS, 563, 5.0% Effi appliances, 495, 4.4% 節約25%用電 分析結果顯示，包含LED照明、 Low-e玻璃、高效率空調設備…等， 約可節約25%用電 每年9,000 kWh/yr產能 • 光電系統產生再生能源，預計每年生產 9,000 kWh/yr • 水平: 6,600 kWh/yr + 垂直: 2,400 kWh/yr 淨產能483 kWh/yr 483 kWh/yr =9,000-8,517
29. 實施技術 技術規格說明 Roof & Wall 屋頂U值1.0 W/m2K降為0.90 外牆U值3.7 W/m2K降為1.85 Effi appliances 使用節能標章產品 (市場前20%產品) Low-e Windows 清玻璃改為雙層Low-e玻璃，U值從6.0下 修到3.0 LED 原4尺T5螢光燈改為LED (110 lm/W)，照 度500 Lux，全年開燈2600小時 Efft AC 高效空調 (COP 4.3) 全年時數2486小時 BEMS 工程經驗估計節能5.0% 因各項技術彼此交互影響，故綜合技術方案之 節能量會小於加總值 (27.2%) 誠實的面對自己的極限 • 建築是一個大系統，每個技術的潛力不會加總，只會抵銷 • 能源管理系統如何促成節能 • 住家的需求真的是節能嗎 29 -11,253 Roof & Wall, 427, 3.8% Low-e Windows, 158, 1.4% LED, 641, 5.7% Efft AC, 775, 6.9% BEMS, 563, 5.0% Effi appliances, 495, 4.4% 傳統計算下 之耗能 8,194 kWh/yr 考量交互作用 下之耗能 8,517 kWh/yr
30. 一般民眾：我只是想問個簡單的問題 30 • 使用者仍然不知道怎麼選擇最適 合的家電 / 設備 / 修繕順序 • 不知道未來20年的營運成本 • 因為物理變數太多了註，但如果 用傳統方法計算，成本太高，無 法推廣，也沒有經濟價值可言 註：氣候區、樓層位置、遮陰關係、建築座向、窗牆比例、 屋頂、窗戶、牆壁特性、設備數量、效率、開關機時間溫度 設定值、室內發熱量、全年使用時數、電費價格換算…等
31. 我們需要新方法! 最耗能就是 最後一名 ?! _______連鎖店 (200家分行) 是我國節能 績優廠商，在此基礎下如何再節能? 中小型連鎖店的需求也未被滿足! 31 連鎖店有下列需求： 1. 保有完整歷史單據，然後針對最耗能的做 檢討，這是對的嗎? 2. 電費少，分行多，若要委託專業人員協助，成本 太高，因此這個過去這個市場難以被打開 3. 即便知道誰的潛力最大，但是如何低成本找出改 善之道與驗證其成效呢?
32. 32 • 很多答案都在網路上，但是隨著 設備效率接近物理極限， ❶ 與 ❷ 就變成了勝出的關鍵 • 除了念書掌握知識，難道沒有辦 法加快速度? ❶ 系統設計良莠 ❷ 對使用者的習性認知 https://bit.ly/369hl1h
33. 能源模擬的美麗與哀愁 能源模擬是賺錢的好工具  簡易概算：快速但準確率稍差一點點  變數完整：考慮全部的變數 + 變數間相互 抵消作用，可逐時分析，最準確但相對複雜 成本高 台灣的產業特性使然，尚未普及 1. 民間尚未普及，政府難強制使用 2. 業主沒聽過其價值，多溝通才會接受 3. 很少開課 4. 多數能源模擬軟體為英文，這是門檻 33
34. 新的技術來嘗試看看! 34 從清單中選擇要模擬的建築物 Step 1 設定內部附載種類與數量 人數、照明、插座設備種類 Step 2 設定內部附 載排程起訖 Step 3 空調操作條件設定 Step 4 選定所在城市，帶入氣候條件 Step 5 5 min done
35. 產業新舊技術比較 35 現行技術尚未普及的原因 比較條件 本技術 單機版，需下載安裝engine跟外掛軟體 軟體安裝 不需安裝軟體，全部線上完成 純文字介面，非常複雜，學習時間3個月 使用介面 圖形化 + 下拉選單，學習時間3小時 1次1筆 (因為是單機電腦) 運算數量 理論上運算數量無上限 無 加值服務 能源地圖、ISO能管系統認證模組、EEWH標章 申請模組、智慧整合控制 2週~2個月 建立模型 利用模組化技術把時間縮短到5~10分鐘 (5步驟) 沒有資料庫 資料庫 ⚫ 本土化資料庫，包括氣象、建材、節能標章 產品、法規規範 ⚫ 自動化更新資料庫技術，未來將無須人工維 護資料庫內容 30分鐘一筆 計算速度 平行運算 + 資料分流，可同時允許多人上線， 運算時間<10秒鐘一筆 全年誤差~15%，夏月誤差~25% 誤差 全年誤差<5%，夏月誤差<10%
36. 人是會跟著指標走的 36  100年~104年，96年為基期年，四省（省電、 省油、省水、省紙） 以總體節約用電 10%、 節約用油 14%及節約用水 12%為目標  電：1%, 油：1%, 水：2%, 紙：線上簽核績效 指標 101年30%，104 年40%  年度進步獎及整體績效獎
37. Oops! 指標誤了大事 You can’t manage what you can’t measure! Yes but…… No!  絕對值來看，小轎車一口氣增加了10 Miles  相對值來看，小轎車的指標提升了33%  怎麼看都是小轎車領先! 37 MPG = Miles per gallon MPG = 12 MPG = 14 MPG = 30 MPG = 40 SUV Sedan
38. 可怕的直覺  憑直覺，消費者會認為MPG越大越好， 且與節能的關係呈線性反比，但是實 際不然！  若是採用GPM取代MPG，則一切改觀!  您知道嗎? 這個小小的發現在2008年獲登Science 雜誌，且在短短5年改變了美國車輛油 耗管制標準! 38 GPM = Gallon per Miles 假設都跑10,000英哩… MPG = 12 GPM = 883 G/10,000 M MPG = 14 GPM = 714 G/10,000 M MPG = 30 GPM = 333 G/10,000 M MPG = 40 GPM = 250 G/10,000 M SUV Sedan -119 -83
39. 39 EUI好嗎? • Energy Use Intensity 單位是 kWh/m2-yr • 它的意義是每一年每1 m2消耗了多少kWh (度電, J與W的換算) https://bit.ly/2TmHKTR EUI 是目前全世界談到建築節能最常用的指標，But…….  EUI 看不出室內空間功能 (會議室、辦公室、集會場所等，這就是動態EUI，或是美國Commercial Building Energy Asset Score)  EUI 看不出幾個人在室內 (蚊子館、懲罰單身)  EUI 看不出誰比較有效率 (賺錢多的就吃虧)  EUI 看不出室內誰比較舒適 (老子跟你拚了!)  EUI 看不出對於環境的衝擊 (有些環境可以承受較高EUI, 有些不行)  EUI 看不出碳排放大的技術、也看不出需水量大的技術 (難道是看每節省一度電排放多少碳?)
40. 日本CASBEE 建立於2003年 看的就是建築環境性能的效率 CASBEE (Comprehensive Assessment System for Building Environmental Efficiency) 排序：S>A>B+>B>C 排序：A+>A>A->B>C>D>F 沒打錯就是F 為什麼要分7個等級? 不是沒有替代指標 40 美國冷凍空調工程師協會 ASHRAE 推出建築能源商值 (Building Energy Quotient, bEQ)，將建築大樓之實測耗 能與此類大樓之平均耗能值相除 蘋果比蘋果，香蕉比香蕉
41. ASHRAE改進EUI  技術分級方式 (Technical Scale)為歐盟、ASHRAE 及北 美用於能源評估系統分級方式，其特色為：將建築耗能 統計資料之中位數設定為100，零耗能建築則為0，以 提供高性能建築物明確的定位與評分  設計階段 (As Designed)之耗能，是新建築必須遵守的 最低能源效率基準值  使用階段 (In Operation)之耗能，是透過實際數字，例 如電費單或能源監控，來取得建築物的實際用電量 此數值與設計階段之耗能的差異，可視作該建築之節能 潛力 41 https://bit.ly/3cJXkkj
42. 42 各分行之EUI (耗能密度) 與DUI (最大需量) 回歸分析，了解各分行 之能耗趨勢，若某分行之EUI值落在趨勢線上方且偏離很多，表示 該分行之用電情形需加以了解與分析，可能為優先節能改善對象。 最大 需量
43. https://bit.ly/36agWeS Green energy poverty is defined as a household in which 10% or more of the residents’ income is spent on household energy costs (excluding gasoline and other transportation-related costs). https://bit.ly/3dVnAbF 43
44. https://bit.ly/3bQnpwZ 44 所以我們應該停止 能源轉型嗎? 怎麼兼顧公平正義 且持續轉型?
45. Jevons Paradox vs Rebound Effect 45 https://bit.ly/3bQO0tw
46. 你會怎麼做? Q1. 冷氣降價50%，效率提高100% A. 買 + 開最冷 + 蓋棉被 B. 買或是降溫，滿足後就關機 C. 我已太享受，不買 Q2. 油價下跌50% A. 從此一律開車 B. 能省則省為地球 46
47. 你會怎麼做? Q1. 冷氣降價50%，效率提高100% A. 買 + 開最冷 + 蓋棉被 Jevons Paradox B. 買或是降溫，滿足後就關機 Positive Rebound Effect C. 我已太享受，不買 Negative Rebound Effect Q2. 油價下跌50% A. 從此一律開車 B. 能省則省為地球 47
48. Jevons Paradox 48 1865，英國經濟學家William Stanley Jevons研究發現提高 煤炭使用效率的技術，降低營運成本，改進導致廣泛行業 煤炭消費量增加 提高能效卻 不利節能?? IEA, Total final consumption (TFC) by sector, World 1990-2017, https://bit.ly/3cOVXAU
49. 49 https://bit.ly/2TnakEF 反彈效應 Jevons Paradox > 100% Positive Rebound 0% ~ 100% Negative Rebound < 0% 反彈效應 反彈效應 = 預期節能量 − 實際節能量 預期節能量
50. 50 Fuel expenditure Tax Fuel expenditure 1 2 考量變數包括：人民生活是否被滿足、 人民平均收入、設備市場滲透度、民氣 是否可用…etc.
51. 51 結論  能源體系是個大系統，解 決方法沒有定則，必須因 地制宜、有取有捨  雜於利害，智者之慮
52. 附件 52
53. ASHRAE Guideline 14 53
54. 先進國家自2000年起，便頻繁強化更新法規：新建 築節能方案主要是強化建築法規，舊建築的主要節 能方案是提供誘因 新加坡立法規範強制一定面積新建築與既有建築 改善都須通過BCA Green Mark認證 (Certified)， 且針對空調機房制定最低系統能效 54 政策法規用途範例