· 綠建築簡報編輯部 · 節能設計 · 8 分鐘閱讀
建築能源模擬是什麼？在設計階段就能預測建築能耗？
建築能源模擬透過電腦計算預測建築物的能源消耗，是綠建築設計的核心工具。
建築能源模擬是什麼？
建築能源模擬（Building Energy Simulation, BES） 是利用電腦軟體，在建築物實際蓋好之前，模擬預測其能源消耗的技術。你可以把它想成建築物的「能源預報」——就像氣象預報預測天氣一樣，能源模擬預測的是建築物未來每一年、每一月、甚至每一小時的用電量和用能行為。
為什麼這很重要？因為建築物一旦蓋好，外牆、結構、窗戶等硬體很難再大幅更動。如果在設計階段就能透過模擬找出耗能的問題，就能提前修正設計，避免建成後才發現「冷氣怎麼都吹不涼」或「電費為什麼這麼高」。
能源模擬軟體有哪些？
市面上有許多建築能源模擬工具，以下是業界最常使用的幾種：
| 軟體名稱 | 開發者 | 特點 | 適用場景 |
|---|---|---|---|
| EnergyPlus | 美國能源部（DOE） | 開源免費，計算精確，全球最廣泛使用 | 學術研究、LEED 認證、深度分析 |
| eQUEST | DOE-2 引擎 | 介面友善，快速建模 | 早期設計階段、方案比較 |
| DesignBuilder | DesignBuilder Software | EnergyPlus 圖形介面版，3D 建模直覺 | 建築師友善的模擬工具 |
| IES-VE | IES | 整合照明、CFD、能源分析 | 大型商辦專案、完整建築物理分析 |
| TRNSYS | University of Wisconsin | 高度客製化，適合研究 | 再生能源系統、複雜 HVAC 模擬 |
| Ladybug/Honeybee | Open Source | 與 Rhino/Grasshopper 整合 | 參數化設計、建築師工作流程 |
在台灣，EnergyPlus 和 eQUEST 是 LEED 認證專案最常用的模擬工具，SSDC 澄毓在環境模擬服務中也使用這些工具進行能源分析。
建築能源模擬需要哪些輸入資料？
能源模擬的準確度取決於輸入資料的品質。主要輸入包括：
建築幾何與空間
- 建築外觀形狀（3D 模型或簡化幾何）
- 樓層數、樓高、各空間用途（辦公、商場、停車場等）
- 窗戶面積比（WWR, Window-to-Wall Ratio）
建築外殼性能
- 外牆、屋頂的隔熱性能（U 值）
- 玻璃的熱傳係數（U 值）、日射透過率（SHGC）
- 遮陽設備（水平遮陽板、垂直遮陽格柵）
空調系統
- HVAC 系統類型（中央空調、VRV、分離式）
- 冰水主機效率（COP/IPLV）
- 送風量、溫度設定點
- 運轉排程
內部負荷
- 照明功率密度（LPD, W/m²）
- 設備功率密度（EPD, W/m²）
- 人員密度（人/m²）
- 使用排程（平日、假日、加班）
氣象資料
- 當地全年逐時氣象數據（溫度、濕度、日射、風速）
- 台灣常用 TMY（Typical Meteorological Year）氣象檔
能源模擬的輸出結果
模擬完成後，可以得到非常豐富的分析結果：
| 輸出項目 | 說明 | 單位 |
|---|---|---|
| 年度能耗 | 整棟建築全年總能源消耗 | kWh/年 |
| EUI（能源使用強度） | 每平方公尺每年用電量 | kWh/m²·年 |
| 尖峰負荷 | 空調系統的最大冷卻/加熱需求 | kW 或 RT |
| 各系統佔比 | 空調、照明、設備、熱水等各佔多少 | % |
| 逐月/逐時能耗 | 細緻的時間分布分析 | kWh |
| 節能率 | 相對於基準建築的節能百分比 | % |
| 熱舒適度 | PMV/PPD 值，評估室內舒適性 | — |
能源模擬在綠建築認證中的角色
LEED 認證
LEED 的 Energy & Atmosphere（EA） 類別中，「Optimize Energy Performance（能源效率最佳化）」是得分最高的指標（最高可達 18 分）。這個指標要求透過能源模擬，比較「設計建築」與「基準建築」的能耗差異，證明設計方案確實比基準省能。
模擬方法遵循 ASHRAE 90.1 Appendix G，需要建立：
- 基準模型（Baseline Model）：符合最低法規要求的假想建築
- 設計模型（Proposed Model）：實際設計方案
- 比較兩者差異，計算節能率
EEWH 認證
台灣的 EEWH 綠建築標章在「日常節能指標」中，也需要計算建築物的 ENVLOAD（外殼耗能量）和 EUI，雖然計算方法與 LEED 不同，但核心概念相似。
BERS（建築能效評估）
台灣的建築能效評估系統（Building Energy-efficiency Rating System）也依賴能源模擬結果來評定建築物的能效等級。
能源模擬的典型工作流程
- 設計資料收集：取得建築設計圖面、空調規格、照明計畫等
- 建立幾何模型：將建築圖面轉換為模擬軟體可讀的 3D 模型
- 設定參數：輸入建築外殼、空調、照明、排程等參數
- 執行基準模擬：建立法規基準建築模型並模擬
- 執行設計模擬：建立實際設計模型並模擬
- 結果分析：比較基準與設計模型，計算節能率
- 設計優化：針對耗能熱點提出改善建議，反覆模擬驗證
- 報告撰寫：整理模擬結果，製作認證送審文件
能源模擬能幫設計團隊做什麼？
- 方案比較：A 方案用雙層玻璃帷幕牆 vs. B 方案用外遮陽 + 單層玻璃，哪個省能？
- 敏感度分析：將玻璃 SHGC 從 0.4 降到 0.25，空調負荷減少多少？
- 設備選型：冰水主機應該選多大？選 800 RT 還是 1,000 RT？
- 再生能源評估：屋頂裝太陽能板可以自發自用多少比例？
- 成本效益分析：多花 500 萬加裝高效空調，幾年可以回收？
SSDC 的環境模擬服務
SSDC 澄毓綠建築設計顧問提供完整的環境模擬服務，包括建築能源模擬、日照分析、自然採光模擬、計算流體力學（CFD）通風分析等。這些模擬在設計初期就介入，協助建築團隊在設計階段做出最佳決策，避免建造後才發現問題。
資料來源
- EnergyPlus 官方網站
- 美國能源部 — Building Energy Software Tools
- ASHRAE — Standard 90.1
- SSDC 澄毓 — 環境模擬服務
- USGBC — LEED Energy & Atmosphere
延伸閱讀
被動式設計如何從建築物理出發降低能耗，#25 有基本原理。BIM 如何與能源模擬整合使用，#98 有說明。數位孿生技術如何在營運階段持續優化能耗，#99 做了介紹。如果想了解淨零建築的設計目標，#31 是重要的參考。
