文／蕭景文 New Ecology, Inc.建築能源模擬分析師

　　現代生活中食衣住行育樂都脫離不了建築。城市裡充滿辦公大樓、車站、商場、醫院、體育場、旅館、娛樂場所和住宅，每年需要多少能源維持這些建築物運轉？根據國際能源署（International Energy Agency, IEA）2019年的報告指出，建築物的運轉和興建消耗全球36%的能源，並且直接或間接導致了全球40%的二氧化碳排放量（IEA, 2019）。美國能源部（U.S. Department of Energy）指出，美國商用建築物 （Commercial） 和住宅建築物 （Residential）的能源用量，佔全美國年度總能源用量的41%。相較之下，交通運輸部門僅佔美國能源用量的29%，比建築物消耗的能源少（U.S. Department of Energy, 2011）。

　　既然建築消耗如此多能源，提升建築物的能源使用效能，是各國制定能源政策時重要的課題。相較於交通工具、工業製程、電力設施，這類高投資、高技術門檻的節能標的，建築耗能的技術門檻比較低。麥坎錫顧問公司（McKinsey & Company）針對美國建築物節能潛力進行研究，認為建築節能不需要仰賴高科技，只要善用現行的施工技術、建築材料和空調設備，就能大幅降低建築物的能源使用（McKinsey & Company, 2010）。美國冷凍空調學會（American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Condition Engineers, ASHRAE）也估計，透過建築設計和空調系統改善，美國建築在2035年之前還有48%左右的節能改善空間 （ASHRAE, 2019）。

　　推動舊建築物的能源更新、鼓勵新建築採用綠建築設計手法，是節能減碳重要的途徑。有鑑於此，美國新英格蘭地區的州政府、地方政府，將低耗能的建築設計手法ECM (Energy Conservation Measures，以下簡稱ECM)，逐漸融入建築能源法的規範中。常見的ECM，包含高效能的空調設備、高效能的熱水鍋爐、低耗能的LED照明系統、隔熱良好的建築外殼、遮陽設備等。州長查理貝克（Charlie Baker）在今年簽署了新的氣候法案，將建築節能，視為對抗氣候變遷的重要政策，並宣示在2050年達到溫室氣體（Greenhouse Gas Emissions）淨零排放。州政府制定了五年溫室氣體減排的目標，鎖定電力、運輸、商業和工業建築、住宅建築、工業製造以及天然氣運送等六大對象。其中建築能源就佔了兩項。政府希望能制定新的能源法規標準，達到淨零排放（Net-zero emissions）及零耗能建築（Net-zero buildings）目標 （Miriam Wasser, 2021）。

　　在實務上，低耗能的建築設計，近幾年已成為麻州各地方政府建築執照書圖審查程序的一環。麻州每三年更新、檢討一次建築能源法規。麻州的建築能源主法稱為780 CMR (Energy Efficiency Provisions of the State Building Code, 780 CMR)，780 CMR的基本法（Base Code）是2018 年版的國際能源規範（International Energy Conservation Code, IECC 2018）。新建案和老房子整建案，在建築執照審查時，建築設計書圖必須滿足780 CMR和 IECC 2018的逐條規範要求（Prescriptive Requirement）。IECC 2018之外，麻州也允許商用建築使用美國冷凍空調學會的能源設計規範ANSI/ASHRAE/IES Standard 90.1-2016，作為IECC 2018之外的第二條審查路徑（Mass.gov, 2020a）。

　　有些城市想要比780CMR更高效能的建築能源法規。因此2009年起，麻州推出了擴展能源法（Stretch Energy Code），讓麻州內各城市制定更為嚴格的建築能源規範。此法適用的對象包含大型商用建築、集合住宅、超市、實驗室和大型空調倉庫。擴展能源法採用性能式分析的方法，設計團隊透過電腦建築能源模擬的方式，以ANSI/ASHRAE/IES Standard 90.1-2013為經緯，使用EnergyPlus、eQUEST、IES VE等軟體，執行建築能源模擬。分析師必須執行兩組能源模擬的模型：一組為ASHRAE基準值模型（Baseline Model），做為比較之基礎；另一組為提案設計的模型（Proposed design model）。提案設計的能源效率比ASHRAE基準值好10%以上，才能滿足法規（Mass gov, 2020b）。

圖一 eQUEST建築能源模擬示意圖

　　擴展能源法規有多嚴格呢？擴展能源法規和美國綠建築協會標章LEED V4.0 (US Green Building Council ,  Leadership in Environmental and Energy Design, LEED)皆採用ANSI/ASHRAE/IES Standard 90.1-2013，作為建築能源模擬的基準值。但擴展能源法要求設計團隊必須選擇三項額外的節能設計（Additional Efficiency Package Options），加諸於基準值模型上。這些額外的節能設計必須比LEED模型的效能高10%。根據筆者經驗，滿足擴展能源法規之設計案，皆能超越LEED V4.0建築耗能的基本規範。

　　在麻州擴展能源法的架構下，規劃設計團隊大多在草案設計階段（Schematic Design Phase），就引進建築能源模擬顧問，以確保送審時能合乎法規。能源模擬的幫助下，建築師在草案階段，比較各種ECM對建築耗能的影響。除了能源考量外，電腦模擬的數據，可以讓投資人、承包商和建築師，估算各項ECM的投資報酬率、申請能源補貼（Utility Rebate），規劃綠能減稅額度（Tax credit），並進行生命週期分析（Life Cycle Analysis）。這些財務分析，能幫助設計團隊和客戶預估各ECM的開支、規劃融資管道、估算未來的營運開銷。有鑑於性能式分析的種種好處，波士頓的大規模開發案，在進行都市設計審議的過程，就得提供建築能源模擬。

　　除了州層級的能源基本法和擴展能源法，地方政府還可以利用土地分區管制辦法（Zoning Code），加入更多綠建築規範，甚至觸及都市韌性的範疇。波士頓前市長馬丁華許（Martin Walsh）為了推動都市韌性與減碳政策，波士頓規劃與發展局（Boston Planning & Development Agency, BPDA），在土地使用分區管制辦法下，增設了第37條款—綠建築與氣候韌性準則（Boston Zoning Code Article 37 Green Building and Climate Resiliency Guidelines, 以下簡稱 37條款）。適用於樓地板面積在五萬平方英尺以上的建築，以及需要大型開發審查（Large Project Review）的建案。波士頓市政府組成了跨部會綠建築審查委員會（Interagency Green Building Committee, 簡稱IGBC），處理37條款的申請案（Boston Planning & Development Agency, 2020）。

　　此37條款下，所有申請的建築物，都必須具備取得LEED標章的所有設計條件（LEED Certifiable），並且繳交LEED分數計算表以及相關證明文件。氣候韌性是37條款的重點，IGBC要求氣候韌性清單報告（Climate Resiliency Checklist Report）。該報告的目的是評估未來氣候對建築物造成的環境衝擊，報告的範疇，包含了建築能源使用、備用能源和緊急發電、溫室氣體排放、極端降雨與降雪、極端熱浪以及海平面上升等風險。最後，IGBC要求設計團隊利用能源模擬進行零排碳評估。該評估必須包含三個能源模型：ASHRAE基礎值模型、設計提案模型以及零排碳方案的模型，並且進行建築財務與生命週期分析。其用意是鼓勵設計團隊，提出各種節能減碳的ECM，在合理的預算下，邁向高韌性、零碳、零耗能的目標（Boston Planning & Development Agency, 2020）。波士頓鄰近的劍橋市（Cambridge），也推出了近似的22條款（Article 22 Green Building Requirements），該條款要求LEED銀級標準，或達到美國被動房協會（Passive House Institute, U.S. PHIUS）認證的建築性能，此外也必須提出零耗能的設計說明（Net-Zero Narrative）。

　　波士頓的37條款，正式將氣候變遷納入建築審查的範圍，迫使開發商和建築設計團隊，從極端氣候和災害防治的角度，思考未來幾十年的經營管理、能源使用情形，以增進建築物的氣候韌性。37條款也促使冷凍空調工程師和綠建築從業人員，重新檢視能源計算使用的氣象數據。目前的建築能源模擬和空調計算，都是使用TMY3（Typical Meteorological Year, TMY）氣象數據。美國的TMY3數據大多來自1976年到2005年間氣象站蒐集的資料，完全無法反映這十幾年來的氣候，更無法預測未來的氣候變化。根據37條款的精神，設計團隊必須根據當下以及未來的氣候變化，思考建築物能源使用的改變，擬定各種極端氣候造成的侵害。編輯補充過去十幾年來的TMY氣象數據，並且使用氣象預測模型，估算未來數十年的氣象數據，應該是下一步應該要努力的方向。

　　筆者簡述波士頓地區，近幾年在建築能源法規上的發展。討論麻州的780 CMR能源基本法，擴充能源法，以及波士頓的第37條款。希望能藉此拋磚引玉，供台灣相關政策擬定者以及綠建築設計人員討論與參考。

參考資料：

1. ASHRAE (2019). ASHRAE Position Document on Energy Efficiency in Buildings.
2. Boston planning & development agency (2020). Article 37 Green Building and Climate Resiliency Guidelines.
3. IEA (2019). Global status report for buildings and construction. Paris, France: International Energy Agency.
4. gov (2020a). Appendix AA-Stretch Energy Code.
5. gov (2020b). 780 CMR Ninth Edition, Chapter 13: Energy Efficiency Amendments
6. McKinsey & Company (2010). US energy savings: Opportunities and challenges.
7. Miriam Wasser, Wbur (2021). What you need to know about the new Mass. Climate Law.
8. S. Department of Energy (2011). 2011 Building Energy Data Book.