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淺談能源模型

杜威達    博士     總經理                     亮鉅股份有限公司

所有的模型都會出錯，但是都很有用。

 

什麼是模型 (Model)？就是一個可以量化所有變數以後並做分析的工具，具體來說，一份分析報告就可以是模型，而一組完整考量物理化學變化的程式碼更可以是模型。上述定義或許各家不同，但是使用目的不變，就是用在彌補實際操作無法達到的分析功能，例如: (1) 你不可能把手上的實驗停留在任何時間點，然後瞬間提升材料密度100倍看看發生什麼事、(2) 你不可能等颱風抵達的時候才告訴民眾哪裡風雨最大，所以你需要一個模型做預測，不止減少誤判的風險，更可以提升決策的品質。

這樣的觀念普遍為世人接受，且應用範圍越來越大，因為電腦運算的成本越來越低？或許是，但真正的原因是因為決策錯誤的風險越來越大。身為一個政治人物，你不願意端出某道牛肉之前沒有沙盤推演就冒險上路，你一定要先完整考慮未來人口與年齡變化，或是產業與景氣變化；身為一個公司老總，你不可能總是任由採購主管挑選最低價格的廠商，卻在採購以後發現沒有當初的效益。所以我們需要模型，最低標準是證明你有完整考慮過中間會發生的變數，更進一步，你會知道未來當每一個變數增加減少的時候該如何反應，且你所做的判斷會跟其他使用同一個模型的人所做的判斷基於同一準則，大家有爭議的時候，至少可以聚焦，進而理性地找出問題在哪。

 

這與能源模型有什麼相關？我舉兩個生活中的小例子：

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  • 關燈還是關窗簾？

關燈可以節省照明用電，但是自然採光又會增加空調負荷，所以我該關上窗簾來節省空調但是犧牲一點照明用電嗎？更糟的是，這不是一個簡單的關燈還是關窗簾的問題，而是一個非常複雜非線性多變量的困難問題 [註1]。

 

  • 我還要繼續節能嗎？

節能成效好壞的認定是一門大學問，很難，但是如果無法回答，則更遑論決定是否繼續節能。相信大部分的人都都曾遇過自己是否應該投資節能設備的問題，例如我家的冷氣年久失修，我應該申請節能補助去買高效率冷氣嗎？亦或是我的店面很熱，我應該延伸遮陽、屋頂隔熱漆、採用高效率冷氣、或是誰的報價便宜就買誰？其實只要經過能源模型的計算以後，大家便會赫然發現冷氣不必花大錢去購買最高效率的那一台，因為一年開機時數短、設定溫度又高、重點反而應該是把西側屋簷延伸，加上屋頂隔熱就好，透過能源模型，每項投資的回收年限都可一目了然。

 

能源模型的好處就是可以幫人計算非線性多變量的難題，但是缺點是它很難，因此過去只有訓練有素的專家才會用，不但速度慢，受費也十分昂貴。舉例來說，一個模型，視其複雜度，快則30分鐘，慢則2個月才能建立完畢，而計算時間也從數分鐘到半小時不等。這樣的速度可以接受嗎？端視應用的情境決定。如果是大型建案倒也罷了，反正整個設計過程也要個把月，但是如果是中小企業主，只是一間店面，那就不可能採用能源模型，畢竟成本太高。可是全世界的中小企業其實才是經濟活動的多數，過去政府礙於人力物力之限制，只能輔導管制大型用戶，不是不願意走入中小企業教他們怎麼運用能源模型做改善，而是沒有辦法把這個技術變簡單。

 

它另外一個缺點是準確率為人詬病，以今日一般技術觀之，如果做到全年誤差<15%，夏季誤差<25%，都是學術界普遍可以容許的範圍，你做得太準確反而奇怪，除非你用新技術 (容後敘述)。所以當筆者每次看到能源模型被採用的時候，就會有些 (甚至很激烈的) 針對準確性的討論發生，尤其節能改善的比例約略等於15%時候，到底是你算錯了還是業主的功勞？更嚴重者，還會引起節能績效保證合約的驗收糾紛。

講到這裡就會發現，傳統上能源模型的缺點就是使用困難、計算不準。怎麼辦？

 

使用困難：首先分析難在哪裡？以建築能源模型來說，困難的地方多半來自建立建築模型、搜集現況數據、提出改善規格。其實現在的軟體都能針對「簡單結構建築」提供建築物模型，你可以把他想做是一塊塊的樂高積木，使用者可以直接點選長寬高、樓層、坐向即可，且內建設備資料庫，只要點選欲遵循的法規與偏好的品牌，便可帶入數據，而全部的流程都可變成雲端化的介面，好處不只是普羅大眾不必辛苦的學習專業的工作，無論多少人上線也都不會塞車，或是直接儲存於雲端，隨時拿出來跟客戶討論與簡報，如果政府把一個能源模型做得很簡單，還可以成為能源教育與政策溝通的好工具，例如這兩三年全世界很夯的2050計算機。對比過去，這是很大的進步。

 

計算不準：模型的不準確，大部分來自非戰之罪，例如建立模型的時候，不會有人知道隔年氣候突然變冷，難怪冷氣耗能被高估了；或是沒想到隔年上班時間從原本的8小時變成16小時，難怪整體耗能要增加一倍。所以隨著使用狀況隨時更新能源模型的變數就是維持準確率的方法，這在技術上非常簡單，以建築物來說，只要跟它本身的資訊管理系統合併即可。

 

最後，能源模型雖然可以提供準確的預測，也變得十分親民好用，但是他真正的價值才剛要展現，那就是「能源模型是資產」。以建築物來說，因為能源模型在任何階段都有助於管理與檢討建築物的經營品質，所以他是很有價值的資產，茲舉例說明如下：

 

  1. 設計早期：建築師可以快速低成本的預估多種設計效果，以及避免設計出錯導致施工跟著出錯的機率，這與建築業採用建築資訊模型 (Building Information Model, BIM) 的道理十分類似。

  2. 設計晚期：檢查早期設計的項目是否都有照章施工，如果沒有，請現場人員來解釋。如果有，其年度耗能就當作是基線了，這對未來檢討節能成效來說，終於有一個討論參考點，不再是過去流於憑經驗喊價的年代。

  3. 人員進駐以後，開始校正模型：理論模型與實際耗能總是有差別，此時可以檢討是不是有施工或是操作上有瑕疵、或是當初設計階段所採集的資訊不足，所以未來我們就知道還要補充建立甚麼新的表單，讓未來的建築管理不再因為資訊不足，而難以決策。

  4. 校正模型以後，開始使用模型：當模型被前述步驟校正過後，就開始導入真正的節能方法，此時每個節能方法的效果好壞，甚至包括下一台設備是否應該採購等決策，也可以用模型來沙盤推演一遍，理論上就有很高的可信度，而不肖廠商若想憑藉不合理的設計來的標，難度也會更高。

  5. 除了使用模型，還可以用於監測日常操作的重大缺失：判斷設備是否出錯除了現場檢修以外，一般是靠軟體監測其狀態是否符合常規，但如果該軟體內含完整計算物理變數的能源模型則可以判斷的更加精準，例如一年耗電應為1,000萬度的建築物，實際上卻發生了1,250萬度，此時除了合理懷疑是不是什麼設備操作出錯，進而檢討與維修以外，你不必檢討是不是因為氣候的關係、也不必檢討是不是來客數增減的問題，因為在能源模型裡面都已排除這些變數了。

  6. 申請綠建築標章：無論是台灣或是美國的制度，能源模型都是證明符合法規或是驗證節能成效的工具之一，若是為了提高工程管理與日常管理之便，順便又申請了綠建築，算是一兼二顧，日後不必為了申請標章再多花額外的錢。

持平而論，能源模型並非萬能，一些經驗分享如下：

 

  1. 微型改善的時候：如果一個改善措施的效益非常小，甚至遠小於模型的誤差，例如整棟10層樓建築物更換5盞白熾燈，此時比對能源模型是否跟著變化的意義不大。

  2. 非要改善的時候：例如把冰水溫度按照標準來設定、把門窗關緊防止冷氣外洩、把設備定時器打開等，這些一定要做的事情其實無需特別於事前評估成效，因為你非做不可，只要事後用於比對能源模型的準確性即可。

  3. 獨立型改善的時候：有些東西不會彼此有物理變數影響的改善措施，其效益之計算不如徒手進行，採用能源模型不是不行，而是有點不敷成本，例如戶外更換LED燈一盞。

 

過去我國的節能產業總是受限低電價的環境所苦，始終難以說服業主做投資，有些理性的業主若想看到科學性的論證來判斷每項改善的效益與回收年限，也因技術問題而不可得；對政府來說同樣困擾，因為過去礙於人力物力的不足，所以能源管理均以大用戶優先執行，針對中小企業多半只做到簡易節能管理，今天終於因為技術上的突破，以及「能源模型是資產」的觀念逐漸展開，讓一個也許5~15年才需要更新設備的產業，搖身一變成為業主開店就要必備的標準工具，其地位完全翻轉，瞬間從一個姑且稱做Nice-to-have的節能減碳位階，提升到了一個Must-have的風險管理與資產管理的位階。技術帶動產業又一活生生的案例正在展開。

 

註1: 這個問題與你的氣候區、樓層高低、室內人數、室內空間大小、建築坐向、建材種類、設備新舊、每年開關機時數、室內設定溫濕度、窗戶大小、是否遮陽…等通通有關。

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