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1 建 築 節 能 分 析 與 視 覺 化 模 擬 之 研 究 張 昇 吳 翌 禎 許 家 瑛 潘 煌 鍟 建 築 節 能 分 析 與 視 覺 化 模 擬 之 研 究 張 昇 * 吳 翌 禎 ** 許 家 瑛 *** **** 潘 煌 鍟 摘 要 建 築 產 業 是 一 個 能 源 效 率 十 分 低 落 的 產 業, 有 時 相 同 規 模 的 建 築 物 耗 能 密 度 可 相 差 數 倍 至 數 十 倍, 這 也 說 明 建 築 物 的 節 能 對 策 仍 有 極 大 的 發 展 及 研 究 空 間, 針 對 建 築 節 能 其 主 要 對 策 可 分 為 外 殼 空 調 照 明 及 設 備 等 四 大 主 軸, 而 建 築 外 殼 可 說 是 最 主 要 之 影 響 因 素, 建 築 設 計 者 只 要 能 掌 握 建 築 環 境 及 建 築 外 殼 本 身 之 節 能 因 子, 便 可 達 到 良 好 的 節 能 設 計 效 益, 同 時 減 少 空 調 及 照 明 設 備 的 使 用, 進 而 降 低 耗 能 及 二 氧 化 碳 之 排 放 本 研 究 主 要 針 對 建 築 環 境 與 外 殼 設 計 進 行 研 究, 根 據 國 內 外 文 獻 及 現 況 分 析 來 定 義 建 築 節 能 主 要 之 影 響 因 子, 並 透 過 視 覺 化 的 節 能 分 析 與 模 擬 環 境, 產 生 分 析 數 據 及 視 覺 化 模 型, 供 建 築 設 計 者 於 規 劃 設 計 階 段 之 評 估 使 用, 以 利 確 實 達 成 建 築 節 能 減 碳 之 目 標 關 鍵 詞 : 建 築 外 殼 節 能 視 覺 化 模 擬 綠 建 築 * 國 立 高 雄 應 用 科 技 大 學 土 木 工 程 科 技 研 究 所 碩 專 班 研 究 生 ** 國 立 高 雄 應 用 科 技 大 學 土 木 工 程 科 技 研 究 所 助 理 教 授 *** 國 立 高 雄 應 用 科 技 大 學 土 木 工 程 科 技 研 究 所 研 究 助 理 **** 國 立 高 雄 應 用 科 技 大 學 土 木 工 程 科 技 研 究 所 教 授

2 高 雄 應 用 科 技 大 學 學 報 第 39 期 民 國 99 年 5 月 Abstract Strategies for building energy-saving can be divided into four parts building envelope, HVAC, lighting and equipment. Among those, building envelop has played the most important role. If energy-saving strategy is considered when designing a building, low energy consumption and carbon dioxide emissions of the building are expected. For example, less use of HVAC and lighting equipment can be achieved by simply considering the interaction between building envelop and surrounding environment, such as ventilation, sunshade, and ambient lighting. This Research will focus on energy saving in building envelope. First, we will define the impact factors of energy saving according to literature reviews and current analysis. And then we will implement these impact factors into an energy simulation system for assisting planner to plan energy-saving building. The system will also provide the visual environment for presenting analysis data and visualization models. These functions can assist planners to find and utilize relevant and necessary data in a more direct and efficient manner and thus, achieve a good energy-saving design. Keywords: Building Envelope, Energy Saving, Visual Simulation, Green Building

3 建 築 節 能 分 析 與 視 覺 化 模 擬 之 研 究 張 昇 吳 翌 禎 許 家 瑛 潘 煌 鍟 1. 前 言 綠 建 築 的 思 潮 最 早 起 源 於 七 十 年 代 的 兩 次 世 界 能 源 危 機, 當 時 因 為 石 油 恐 慌, 興 起 了 建 築 界 的 能 源 設 計 運 動, 同 時 也 引 發 了 低 碳 建 築 誘 導 式 太 陽 能 住 宅 生 態 建 築 等 等 的 熱 潮, 這 些 議 題 至 今 仍 是 環 境 設 計 的 主 流 其 實 綠 建 築 之 推 動 係 為 紓 解 生 態 環 境 惡 化 溫 室 效 應 及 地 球 暖 化 之 現 象, 在 世 界 各 國 已 蔚 為 風 潮, 我 國 也 不 例 外, 行 政 院 於 九 十 年 核 定 綠 建 築 推 動 方 案, 正 逐 步 推 動 此 項 具 有 時 代 性 意 義 之 工 作, 希 望 以 消 耗 最 少 資 源, 製 造 最 少 廢 棄 物, 來 達 到 環 境 共 生 共 榮 及 地 球 永 續 發 展 的 目 標 儘 管 綠 建 築 內 容 包 羅 萬 象, 但 其 中 最 重 要 主 題 莫 過 於 建 築 節 能 對 策, 過 去 的 建 築 產 業, 是 一 個 能 源 效 率 十 分 低 落 的 產 業, 有 時 相 同 規 模 的 建 築 物 耗 能 密 度 可 相 差 數 倍 至 數 十 倍, 這 龐 大 的 能 源 差 距, 也 說 明 建 築 物 的 節 能 對 策 仍 有 極 大 的 發 展 及 研 究 空 間 尤 其 全 球 的 建 築 相 關 產 業, 已 消 耗 地 球 50% 以 上 的 能 源, 任 何 建 築 設 計 假 使 不 落 實 節 能 對 策, 根 本 遑 論 綠 色 建 築 [1] 對 於 建 築 生 命 週 期 來 說, 週 期 非 常 長, 而 且 不 同 時 間 點 導 入 綠 建 築 概 念, 其 節 能 成 效 及 花 費 成 本 皆 不 同, 圖 1 主 要 說 明 綠 建 築 的 導 入 時 機, 在 規 劃 階 段, 若 能 直 接 以 綠 建 築 的 概 念 進 行 規 劃, 所 產 生 的 節 能 減 碳 效 益 最 大, 變 更 設 計 與 成 本 花 費 最 少, 但 是 若 等 建 築 已 經 興 建 完 成 進 入 維 護 階 段, 才 重 新 考 量 節 能 減 碳 功 能, 此 時 就 需 要 花 費 許 多 變 更 設 計 的 人 力 及 成 本, 才 能 達 到 部 分 功 效, 且 節 能 減 碳 效 果 有 限 建 築 物 使 用 年 限 至 少 長 達 四 五 十 年 之 久, 只 要 建 築 節 能 設 計 得 宜, 便 可 以 達 到 五 六 十 % 節 約 能 源 效 果, 四 五 十 年 計 算 下 來, 所 節 省 的 能 源 相 當 可 觀 建 築 節 能 的 主 要 對 策 可 分 為 建 築 外 殼 空 調 照 明 設 備 等 四 大 主 軸, 而 建 築 外 殼 是 最 主 要 之 影 響 因 素, 建 築 設 計 者 只 要 能 掌 握 建 築 環 境 及 建 築 外 殼 本 身 之 節 能 因 子, 便 可 達 到 良 好 的 節 能 設 計 效 益, 同 時 減 少 日 後 空 調 及 照 明 設 備 的 使 用, 進 而 降 低 耗 能 及 二 氧 化 碳 之 排 放 國 內 有 許 多 研 究 針 對 建 築 節 能 部 分 影 響 因 子 進 行 探 討 及 分 析, 如 林 敬 唐 研 究 中 針 對 方 位 實 牆 材 料 開 窗 率 開 口 材 料 外 遮 陽 設 計, 利 用 林 憲 德 教 授 之 林 氏 簡 算 法 及 建 築 節 能 設 計 標 準 軟 體 BEEP-II 進 行 分 析, 並 對 各 外 殼 耗 能 量 運 用 統 計 學 之 平 均 數 標 準 差 變 異 係 數 加 以 討 論 [2] 楊 開 翔 研 究 主 旨 在 於 探 討 影 響 高 耗 能 辦 公 建 築 的 主 要 因 子, 並 試 圖 找 出 其 用 電 預 測 公 式, 最 終 目 的 是 要 建 立 一 套 可 公 告 的 辦 公 大 樓 耗 能 密 度 EUI 標 準 值, 或 是 簡 易 用 電 預 測 模 式 日 後 可 做 為 建 築 設 計 時, 提 供 設 計 人 員 及 規 劃 者 一 簡 單

4 高 雄 應 用 科 技 大 學 學 報 第 39 期 民 國 99 年 5 月 操 作 的 預 測 方 式, 或 是 作 為 辦 公 大 樓 評 估 耗 電 密 度 的 簡 單 方 法 [3] 而 韓 佑 勳 研 究 利 用 文 獻 回 顧 的 方 式, 了 解 建 築 物 受 熱 的 傳 遞 情 形, 並 針 對 遮 蔭 網 及 屋 頂 綠 化 對 平 屋 頂 來 探 討 屋 頂 熱 環 境 的 變 化 情 形 [4] 另 外, 各 國 亦 發 展 許 多 綠 建 築 評 估 標 準, 如 美 國 LEED 加 拿 大 GBC 2000 德 國 綠 色 門 牌 日 本 AIJ-LCA 台 灣 EEWH 等 等 [5, 6, 7], 這 些 評 估 標 準 對 於 建 築 節 能 皆 有 相 關 的 說 明 及 定 義 本 研 究 主 要 根 據 國 內 外 綠 建 築 規 範 及 相 關 研 究 進 行 深 入 了 解, 並 針 對 建 築 節 能 部 分 予 以 綜 合 分 析 與 歸 納, 來 定 義 綠 建 築 工 程 中 相 關 建 築 節 能 影 響 分 子 本 研 究 會 將 上 述 因 子 納 入 系 統, 透 過 電 腦 程 式 來 執 行 及 完 成 複 雜 的 能 源 計 算, 以 分 析 評 估 建 築 物 整 體 能 源 的 使 用 狀 況, 並 根 據 視 覺 化 模 擬 分 析 結 果 反 應 事 實, 可 在 問 題 發 生 前 採 取 各 種 的 解 決 方 案 及 策 略, 這 對 於 整 體 建 築 能 源 效 率 的 提 升 所 產 生 的 效 益 是 不 可 忽 視 的 圖 1 綠 建 築 導 入 時 機

5 建 築 節 能 分 析 與 視 覺 化 模 擬 之 研 究 張 昇 吳 翌 禎 許 家 瑛 潘 煌 鍟 2. 建 築 節 能 影 響 因 子 2.1 建 築 環 境 因 素 建 築 是 一 項 眾 多 智 慧 及 材 料 結 合 而 成 的 結 構 物, 在 講 求 節 能 的 議 題 上, 如 何 運 用 最 節 能 的 資 源 與 方 法, 打 造 建 築 居 住 環 境, 是 建 築 節 能 的 精 神 所 在, 在 溫 室 效 應 的 伴 隨 下 氣 溫 逐 年 升 高, 冷 氣 空 調 的 使 用 率 增 加, 相 對 用 電 度 數 需 求 大 增, 造 成 尖 峰 用 電 負 荷 沉 重, 如 何 使 用 最 少 的 電 力 營 造 乾 爽 舒 適 居 家 品 質, 則 是 建 築 節 能 的 主 要 目 標, 本 章 節 將 根 據 台 灣 的 氣 候 建 築 物 的 方 位 及 日 照 時 間 等 環 境 因 子 所 造 成 建 築 物 耗 能 的 原 因 加 以 分 析 並 探 討 地 區 氣 候 氣 候 一 般 來 說 包 含 了 溫 度 濕 度 雨 量 日 照 及 氣 流 風 向 等 各 種 因 素 所 形 成 的 現 象, 而 台 灣 地 處 北 半 球 四 周 環 海 且 有 北 迴 歸 線 通 過, 屬 亞 熱 帶 海 島 型 氣 候, 氣 候 炎 熱 潮 濕, 夏 季 型 態 長 達 半 年, 一 年 四 季 各 種 季 節 風 向 變 化 明 顯, 因 此 氣 候 的 瞬 息 萬 變 隨 著 時 間 的 不 同 有 所 變 化 外, 也 因 為 區 域 性 地 理 環 境 不 同 產 生 不 同 的 氣 候, 根 據 台 灣 建 築 氣 候 分 佈 圖 [8], 將 台 灣 本 島 及 澎 湖 群 島 劃 分 6 種 氣 候 區, 分 別 是 次 熱 高 濕 區, 炎 熱 高 濕 區, 炎 熱 次 濕 區, 高 熱 高 濕 區, 高 熱 次 濕 區 及 高 山 區, 再 對 照 中 央 氣 象 局 統 計 資 料, 以 南 部 四 個 地 區 為 例, 近 30 年 月 平 均 溫 度 如 圖 2 所 示, 可 以 發 現 南 部 溫 度 上 升 曲 線 從 4 月 份 開 始 越 接 近 夏 天 時 溫 度 越 高, 到 了 7~8 月 份 為 溫 度 最 高 峰,10 月 份 後 氣 溫 再 逐 漸 下 降 進 入 秋 冬 季 氣 候 對 於 建 築 節 能 來 說 要 達 到 人 體 舒 適 的 適 應 條 件 取 決 於 溫 度 相 對 濕 度 及 風 速, 在 溫 度 29 相 對 濕 度 40% 溫 度 28 相 對 濕 度 50% 溫 度 26.5 相 對 濕 度 70 % 這 三 種 條 件 下 人 體 的 感 覺 是 一 樣 的, 一 般 人 體 舒 適 溫 度 的 範 圍, 在 國 內 有 內 政 部 建 築 研 究 所 提 出, 室 內 溫 度 及 濕 度 人 體 舒 適 基 準 範 圍, 為 溫 度 17 ~28 濕 度 40%~70%, 在 國 外 則 有 FAYE.C. MCQUISTONY 等 人 在 其 書 中 也 指 出 人 體 舒 適 溫 度 [9], 夏 天 約 23~26 相 對 濕 度 30~60%, 冬 天 約 20~23.5 相 對 濕 度 30~60%, 依 上 述 數 值 來 說, 對 屬 於 亞 熱 帶 地 區 的 台 灣 而 言, 夏 季 氣 候 根 本 是 無 法 達 到 此 舒 適 溫 度, 所 以 便 須 依 賴 空 調 的 方 法 來 調 降 溫 度 以 達 到 人 體 適 合 的 環 境 但 一 昧 使 用 空 調 調 降 溫 度 又 是 一 項 電 力 負 荷, 因

6 高 雄 應 用 科 技 大 學 學 報 第 39 期 民 國 99 年 5 月 此 經 濟 部 能 源 局 在 家 庭 節 能 手 冊 中 建 議 家 庭 冷 氣 設 定 溫 度 在 26 ~28 之 間 且 台 灣 電 力 公 司 也 建 議 室 溫 不 超 過 28 時 避 免 使 用 冷 氣, 以 避 免 電 力 浪 費 根 據 台 灣 電 力 公 司 2009 年 統 計 建 築 相 關 用 電 達 全 國 用 電 量 30%, 而 因 氣 候 高 溫 產 生 的 空 調 用 電 又 占 其 中 41%, 若 依 照 上 述 建 議 值 設 定 空 調 開 啟 時 間, 從 圖 2 中 可 以 分 析 出 在 台 灣 兩 項 使 用 空 調 最 佳 時 機,A 區 即 溫 度 17 以 下 為 暖 器 開 啟 時 機,B 區 即 溫 度 28 以 上 為 冷 氣 開 啟 時 機, 斜 線 部 分 則 是 不 需 使 用 任 何 空 調 設 備 的 區 間, 以 此 作 為 節 能 的 手 法 應 可 為 可 觀 的 用 電 負 荷 節 省 不 少 若 能 再 針 對 建 築 的 相 關 方 位 遮 陽 隔 熱 的 方 式 改 良, 相 信 對 於 建 築 節 能 會 有 更 大 的 幫 助 建 築 物 終 年 曝 露 在 自 然 環 境 中, 為 降 低 氣 候 對 於 建 築 物 所 產 生 的 熱 輻 射 效 應, 最 節 能 的 辦 法 便 是 先 瞭 解 自 然, 以 自 然 的 物 理 特 性 調 節 建 築 物 間 接 產 生 之 熱 能, 創 造 舒 適 的 居 住 環 境, 目 前 全 球 最 大 問 題 就 是 溫 室 效 應 所 產 生 的 全 球 暖 化 現 象, 如 何 降 低 天 然 資 源 的 浪 費 已 是 刻 不 容 緩, 而 如 何 有 效 利 用 自 然 氣 候 的 特 性 來 降 低 建 築 的 能 源 損 耗 及 依 賴, 以 減 緩 氣 候 變 遷 對 居 住 環 境 及 人 類 的 傷 害, 則 需 要 仔 細 分 析 評 估 後 再 進 行 設 計 工 作 為 宜 圖 2 南 部 地 區 近 30 年 (1979~2008) 月 平 均 溫 度 比 較 曲 線 圖

7 建 築 節 能 分 析 與 視 覺 化 模 擬 之 研 究 張 昇 吳 翌 禎 許 家 瑛 潘 煌 鍟 日 照 時 數 所 謂 日 照 時 數 是 指 在 任 何 無 障 礙 的 位 置, 於 天 晴 時 從 日 出 至 日 落 所 照 射 於 地 面 之 時 間 數 而 日 照 時 數 又 因 季 節 的 變 化 緯 度 的 高 低 晴 雨 天 的 差 異 等 因 素 產 生 不 同 的 日 照 時 數 結 果, 根 據 太 陽 與 地 球 的 相 關 位 置 可 經 由 公 式 計 算 1 得 知 日 照 時 數 [10], 如 公 式 (1) 所 示 SIN T/2=( SIN (90 +R-J+D) SIN 1/2(90 +R-J+D))/(COS J COS D) (1) 目 前 於 氣 象 局 氣 候 資 料 庫 中 已 可 查 到 各 年 各 地 實 際 日 照 時 數, 所 以 日 照 時 數 可 透 過 均 值 取 得, 減 少 計 算 時 間 如 圖 3 高 雄 區 為 例, 一 年 中 平 均 最 早 日 出 時 間 為 5 月 的 5: 19, 最 晚 日 沒 為 7 月 的 18:45, 夏 季 4 月 到 9 月 每 日 日 照 時 數 約 14 小 時, 而 冬 季 1~3 月 及 10~12 月 每 日 日 照 時 數 約 12 小 時, 因 此 不 論 夏 季 或 冬 季 在 不 考 慮 其 他 天 候 因 素 的 情 況 下, 一 天 中 日 照 時 間 大 部 份 均 超 過 12 小 時, 一 般 照 明 若 以 日 間 照 明 時 間 6 點 ~18 點 如 A 區, 夜 間 照 明 時 間 是 18 點 ~ 隔 日 6 點 如 B 區 為 分 界, 由 圖 3 中 的 曲 線 我 們 不 難 發 現 在 一 般 家 庭 中, 日 間 需 要 照 明 的 時 間 幾 乎 沒 有, 而 在 一 般 家 庭 夜 間 的 照 明 的 時 數 大 約 是 18 點 ~24 點 ( 斜 線 範 圍 ) 居 多, 其 夏 季 照 明 開 啟 時 間 可 較 晚, 換 言 之 日 照 時 數 越 長, 室 內 照 明 設 施 便 可 延 遲 開 啟 以 節 省 能 源, 因 此 若 能 在 外 殼 開 口 部 增 設 導 光 等 節 能 措 施 相 信 對 於 照 明 的 使 用 也 能 減 少 1 日 照 時 數 公 式 之 相 關 參 數 定 義,T: 日 照 時 數 ;R: 大 氣 曲 折 之 角 ( 濛 氣 差 )=34 ;J: 緯 度 ;D: 日 赤 緯 (, 冬 至 為 -23.5, 夏 至 為 +23.5, 春 秋 分 為 0 )

8 高 雄 應 用 科 技 大 學 學 報 第 39 期 民 國 99 年 5 月 圖 年 高 雄 區 日 出 日 沒 時 刻 表 根 據 世 界 衛 生 組 織 所 規 定 的 健 康 住 宅 標 準 要 求, 要 達 到 健 康 住 宅 的 規 範, 每 天 的 日 照 時 間 應 有 3 個 小 時 以 上, 在 國 內 現 行 建 築 技 術 規 則, 也 有 類 似 規 定, 依 建 築 技 術 規 則 建 築 設 計 施 工 篇 第 23 條 第 一 項 ( 住 宅 區 高 度 限 制 ) 和 第 24 條 ( 未 實 施 容 積 管 制 地 區 高 度 之 限 制 ), 建 築 物 在 冬 至 日 所 造 成 的 日 照 陰 影, 應 使 鄰 近 基 地 有 1 小 時 以 上 有 效 日 照 由 於 各 地 區 緯 度 不 同 所 產 生 不 同 的 日 照 時 數, 在 於 建 築 規 劃 設 計 之 初 既 應 考 量 受 日 照 面 開 口 尺 寸 比 例, 以 避 免 受 熱 面 開 口 過 大 造 成 建 築 物 耗 能 的 因 素 增 加, 而 應 利 用 其 日 照 長 短 的 因 子, 設 計 出 採 光 設 施 最 佳 化, 減 少 建 築 照 明 使 用 頻 率 達 到 節 能 的 目 的 建 築 物 的 方 位 由 於 過 去 建 築 政 策 使 人 類 居 住 環 境 日 漸 惡 化, 例 如 都 市 人 口 過 於 集 中, 人 造 環 境 過 於 混 凝 土 化, 建 築 物 自 然 通 風 排 風 設 計 不 良, 節 能 設 計 概 念 薄 弱, 造 成 一 般 人 到 了 夏 天 悶 熱 時 就 要 開 啟 空 調 冷 氣 系 統 以 降 低 室 內 氣 溫, 大 量 浪 費 冷 氣 空 調 資 源, 間 接 造 成 都 市 氣 溫 上 升, 於 是 逐 戶 加 大 使 用 空 調 噸 數 如 此 惡 性 循 環 的 狀 況 下 只 有 讓 居 住 環 境 更 形 惡 劣, 雖 然 影 響 人 體 冷 熱 舒 適 感 覺 的 因 子 很 多, 倘 若 能 從 建 築 物 的 方 位 規 劃 著 手 改 善, 充 分 運 用 自 然 環 境 之 優 點, 進 而 達 到 節 能 目 的

9 建 築 節 能 分 析 與 視 覺 化 模 擬 之 研 究 張 昇 吳 翌 禎 許 家 瑛 潘 煌 鍟 在 中 國 傳 統 建 築 中, 建 築 物 的 方 位 常 為 一 般 民 眾 建 屋 或 購 屋 要 件 之 一, 其 中 又 以 朝 南 方 位 是 人 們 較 常 使 用 的 方 位, 在 建 案 市 場 上 朝 南 的 建 物 銷 售 狀 況 較 佳, 主 要 原 因 是 因 台 灣 的 地 理 環 境 座 北 朝 南 的 住 宅 較 具 有 冬 暖 夏 涼 的 效 果, 使 得 夏 天 開 冷 氣 及 冬 天 開 暖 氣 的 頻 率 降 低, 因 此 不 論 是 在 銷 售 上 或 是 設 計 上 接 受 度 均 大 過 其 他 座 向, 另 一 原 因 其 實 就 是 東 西 向 因 日 照 比 例 較 高, 會 使 室 內 溫 度 也 變 高 接 受 度 因 而 變 差, 所 以 方 位 的 座 落 也 決 定 建 築 的 日 照 能 量 吸 收 之 比 例 多 寡, 更 是 影 響 建 築 是 否 節 能 的 因 素 如 圖 4 所 示, 主 要 根 據 太 陽 運 行 與 地 球 自 轉 的 關 係, 來 模 擬 夏 季 與 冬 季 日 出 日 落 角 度 及 分 析 建 築 物 所 受 日 照 的 不 同 影 響 程 度, 也 可 以 知 道 建 築 物 在 夏 季 與 冬 季 各 方 位 受 熱 面 積 的 變 化, 紅 色 區 域 表 示 吸 熱 量 高, 藍 色 則 表 示 吸 熱 量 低, 並 經 由 模 擬 可 以 看 出 建 築 物 在 接 受 日 照 後 受 熱 面 積 除 季 節 的 的 變 化 外, 建 築 物 座 落 的 方 向 也 影 響 日 照 時 數 的 多 寡 建 築 物 在 規 劃 時 除 須 符 合 現 行 法 律 的 各 項 規 定 外, 對 於 建 築 的 方 位 尤 應 注 意, 在 台 灣 因 為 受 到 太 陽 風 雨 等 季 節 自 然 因 素 影 響, 建 築 的 平 面 方 位 設 計 錯 誤 或 是 立 面 開 口 方 向 失 當, 對 於 建 築 物 而 言 不 僅 無 法 節 能, 反 而 加 大 建 築 耗 能 的 不 定 因 素 夏 天 八 月 上 午 夏 天 八 月 中 午 夏 天 八 月 下 午 冬 天 一 月 上 午 冬 天 一 月 中 午 冬 天 一 月 下 午 圖 4 冬 夏 季 建 築 方 位 日 照 模 擬 圖

10 高 雄 應 用 科 技 大 學 學 報 第 39 期 民 國 99 年 5 月 小 結 大 自 然 所 賦 予 人 類 天 然 的 資 源 是 無 價 寶 藏, 妥 善 運 用 即 能 創 造 可 觀 的 能 源, 在 全 球 暖 化 的 同 時 也 應 當 思 考 如 何 以 最 節 能 的 方 式 來 為 建 築 提 出 永 續 方 案 本 章 節 針 對 影 響 建 築 環 境 因 素 部 分 項 目 提 出 分 析, 是 想 從 大 自 然 的 物 理 特 性 中 找 出 最 佳 的 節 能 手 法, 以 便 在 建 築 之 初 能 發 現 缺 失 並 予 以 改 進, 想 要 創 造 理 想 的 節 能 建 築 除 氣 候 日 照 時 數 方 位 等 因 素 外, 還 包 含 建 築 材 料 外 牆 開 口 大 小 屋 頂 形 式 遮 陽 隔 熱 等 因 素 將 於 下 一 章 節 提 出 分 析 2.2 建 築 外 殼 因 素 建 築 外 殼 就 像 穿 衣 服 一 樣 有 許 多 選 擇, 而 最 大 的 不 同 是 建 築 外 殼 一 旦 施 作 完 成 便 已 定 型, 無 法 像 換 衣 服 一 樣 可 以 脫 來 換 去 那 麼 簡 單, 所 以 應 該 採 用 何 種 材 質 做 為 建 築 物 的 外 殼 講 求 的 不 只 是 要 好 看 耐 用, 更 要 考 慮 會 不 會 影 響 日 後 的 居 住 品 質 以 及 適 不 適 合 居 住 的 問 題, 甚 至 於 是 否 具 有 節 能 效 果 也 是 目 前 考 慮 的 重 點 之 一 若 光 是 只 有 亮 麗 的 外 殼 但 卻 無 法 有 效 隔 熱 遮 陽, 對 居 住 的 人 而 言 非 但 不 舒 適 並 增 加 耗 能 的 產 生, 因 此 建 築 外 殼 的 選 用 以 及 開 口 的 大 小, 乃 至 於 建 築 屋 頂 型 式 就 必 須 仔 細 分 析 節 能 因 素, 以 避 免 造 成 日 後 耗 能 開 口 率 開 口 率 係 指 某 方 向 為 面 臨 外 氣 之 建 築 物 外 殼 開 口 部 面 積 與 建 築 物 外 殼 總 面 積 的 比 例, 然 而 一 般 建 築 物 外 殼 節 能 設 計 的 指 標 有 建 築 外 殼 耗 能 指 標 (ENVLOAD) 及 等 價 開 窗 率 等 指 標 (Req) 兩 種, 是 管 制 建 築 物 能 源 消 耗 的 重 要 依 據 在 炎 熱 潮 濕 的 台 灣, 太 大 的 開 窗 面 積 是 造 成 空 調 耗 能 的 主 因, 而 大 面 積 開 窗 主 要 目 的 是 以 採 光 且 具 有 較 佳 的 景 觀 視 覺 為 考 量, 開 窗 越 大 日 照 機 會 越 高, 日 照 進 入 室 內 後 溫 度 自 然 上 昇, 而 講 求 舒 適 勢 必 啟 動 空 調 系 統 降 溫, 所 以 建 築 採 光 與 開 口 節 能 之 間 的 考 量 衝 突, 必 須 尋 求 平 衡 點 以 求 得 節 能 效 果, 因 此 適 當 的 開 口 設 計 是 建 築 節 能 的 首 要 計 畫 而 所 謂 等 價 開 窗 率 (Req), 係 指 建 築 物 各 方 位 外 殼 透 光 部 份 之 開 窗 面 積, 經 標 準 化 之 日 射 與 遮 陽 通 風 修 正 計 算 後 之 開 窗 面 積 由 於 集 合 住 宅 的 規 模 不 及 大 樓 且 室 內 發 熱

11 建 築 節 能 分 析 與 視 覺 化 模 擬 之 研 究 張 昇 吳 翌 禎 許 家 瑛 潘 煌 鍟 亦 較 小, 外 殼 節 能 設 計 的 指 標 並 不 適 宜 採 取 大 空 調 型 建 築 外 殼 耗 能 指 標 (ENVLOAD) [11], 所 以 集 合 住 宅 多 採 用 等 價 開 窗 率 Req 作 為 評 估 指 標, 因 本 研 究 是 模 擬 透 天 住 宅 型 式 便 採 用 較 為 簡 易 的 等 價 開 窗 率 指 標 (Req) 作 為 分 析 的 主 要 依 據 根 據 建 築 技 術 規 則 第 十 七 章 第 三 百 一 十 條 住 宿 類 建 築 物 外 殼 不 透 光 之 外 牆 其 建 築 物 外 殼 等 價 開 窗 率 之 計 算 值 應 低 於 以 下 之 基 準 值 Reqs(%): 北 部 氣 候 區 Reqs=13%, 中 部 氣 候 區 Reqs=15%, 南 部 氣 候 區 Reqs=18% 再 以 現 行 建 築 技 術 規 則 節 能 法 規 來 檢 討 住 宅 開 口 率 的 話, Req=16% 的 集 合 住 宅 的 平 均 立 面 開 窗, 在 無 遮 陽 條 件 下, 在 台 北 可 達 35%, 在 高 雄 可 達 27%; 假 如 加 上 一 米 深 的 陽 台, 在 台 北 可 達 50%, 在 高 雄 可 達 40%, 超 過 此 開 口 即 不 合 格, 另 外 為 了 節 能 要 求, 一 般 住 宅 開 口 率 為 25% 以 下, 辦 公 建 築 40% 以 下 為 宜, 並 且 在 台 度 以 下 不 開 窗 [12] 大 部 份 的 開 窗 其 材 質 以 鋁 框 加 玻 璃 居 多, 而 玻 璃 更 是 室 內 主 要 的 採 光 材 料, 其 材 料 特 性 是 透 光 性 較 佳, 相 對 透 光 性 佳 也 間 接 造 成 室 內 溫 度 提 高, 因 此 對 於 透 光 及 受 熱 兩 部 份 便 須 加 以 掌 握 以 求 達 到 節 能 目 的, 一 般 玻 璃 的 遮 陽 能 力 日 射 透 率 ηi 值 是 玻 璃 阻 絕 日 射 透 過 程 度 的 重 要 數 值 且 與 玻 璃 的 型 式 有 關, 如 ηi 值 =0.9 表 示 會 讓 90% 日 射 量 進 入 室 內 僅 阻 擋 下 10% 得 太 陽 光 線, 以 8 mm 的 三 種 玻 璃 為 例, 其 ηi 值, 如 表 1 所 示, 玻 璃 阻 絕 ηi 值 越 低 日 射 量 便 越 低 但 相 對 日 射 量 低 光 線 也 低, 因 此 在 採 用 玻 璃 形 式 時 也 應 考 量 採 光 因 素 避 免 顧 此 失 彼, 而 喪 失 節 能 的 意 義 表 1 日 射 透 率 ηi 值 [13] 玻 璃 形 式 ηi 厚 度 普 通 平 板 玻 璃 0.81 吸 熱 玻 璃 mm 全 反 射 玻 璃 0.33 另 外 玻 璃 的 隔 熱 能 力 熱 傳 透 率 U 值, 熱 傳 透 率 與 日 射 透 過 率 不 同 之 處, 在 於 玻 璃 形 式 不 會 影 響 隔 熱 能 力, 僅 與 玻 璃 厚 度 或 是 有 無 空 氣 夾 層 等 有 關, 如 表 2 所 示 建 築 的 開 口 其 功 能 是 採 光 通 風 為 主 要 目 的, 過 度 開 口 便 會 形 成 耗 能 因 素, 至 於 開 口 要 多 大 才 符 合 需 求 則 須 以 各 方 位 建 築 整 體 適 宜 性 做 考 慮, 所 以 對 於 開 口 率 才 會 有 所 限 制, 以 確 保 開 口 不 致 過 大 或 太 小

12 高 雄 應 用 科 技 大 學 學 報 第 39 期 民 國 99 年 5 月 表 2 隔 熱 能 力 熱 傳 透 率 U 值 [13] 玻 璃 形 式 U [W/(m 2.K)] 厚 度 單 層 玻 璃 mm 雙 層 玻 璃 + 空 氣 夾 層 mm+12mmAir+8mm 雙 層 玻 璃 + 惰 氣 夾 層 mm+12mmGas+8mm 外 殼 構 造 與 材 質 建 築 外 殼 之 熱 傳 遞 是 空 調 耗 能 之 根 本, 建 築 外 殼 一 旦 定 型 後 其 空 調 的 耗 能 特 性 就 無 法 改 變, 在 往 後 數 十 年 的 建 築 生 命 週 期 中 將 持 續 消 耗 固 定 的 能 源, 而 使 用 外 殼 材 料 及 結 構 不 外 乎 一 般 RC 牆 磚 牆 玻 璃 帷 幕 牆 及 預 鑄 版 牆, 如 圖 5 所 示, 其 熱 傳 遞 率 會 有 所 不 同 造 項 目 構 RC 牆 磚 牆 預 鑄 版 牆 玻 璃 帷 幕 牆 剖 面 實 際 圖 熱 傳 透 率 U 圖 5 國 內 常 見 外 牆 構 造 之 隔 熱 性 能 表 一 般 在 計 算 透 天 集 合 住 宅 建 築 物 外 殼 耗 能 量 方 法, 以 公 式 (2) 等 價 開 窗 率 指 標 (Req) 為 主 要 指 標 [14], 而 等 價 開 窗 率 指 標 (Req) 其 目 的 則 是 為 促 進 能 源 有 效 利 用, 在 不 妨 礙 居 住 環 境 之 安 全 衛 生 與 舒 適 條 件 下, 提 供 建 築 物 節 約 能 源 設 計 之 基 準 及 統 一 計 2 算 法 與 評 估 標 準,Req 精 算 公 式 如 下 : 2 Req 精 算 公 式 之 相 關 參 數 定 義, Req: 外 殼 等 價 開 窗 率 (%);Aeq: 外 殼 等 價 開 窗 面 積 (m2);aen: 住 宿 類 建 築 物 外 殼 總 面 積 (m2);i: 開 窗 部 位 或 外 牆 部 位 編 號 ;j: 透 天 連 棟 住 宅 共 同 壁 編 號 ;fk:k 方 位 日 射 修 正 係 數 ;fvi: 開 窗 部 位 i 之 通 風 修 正 係 數 ;Ki: 開 窗 部 位 i 之 外 遮 陽 係 數 ;Agi: 外 牆 透 光 部 位 i 之 開 窗

13 建 築 節 能 分 析 與 視 覺 化 模 擬 之 研 究 張 昇 吳 翌 禎 許 家 瑛 潘 煌 鍟 Req= Aeq/Aen (2) Aen=ΣAewi( 立 面 外 殼 面 積 )+ΣAeri( 屋 頂 外 殼 面 積 )+Ab ( 修 正 係 數 ) (3) Aeq=ΣAgi fk Ki fvi ( 外 牆 開 窗 部 位 )+ ΣAgsi fk Ki fvi( 屋 頂 開 窗 部 位 ) (4) Ab= 0.3 ΣAbj (5) 上 式 所 採 用 時 機 為 建 築 物 在 無 法 節 能 的 狀 況 下 使 用, 而 建 築 無 法 節 能 是 指 違 反 建 築 技 術 規 則 第 三 百 一 十 五 條 所 謂 建 築 物 節 約 能 源 設 計 技 術 規 範 中 第 八 章 第 二 項 第 二 款 所 定 之 節 能 建 築 標 準 為 前 提 直 接 令 Req<Reqs 即 可 不 進 行 上 述 式 (2) 中 的 計 算 例 如 : 設 計 一 獨 棟 一 層 樓 位 於 台 灣 南 區 座 北 朝 南 之 建 築 物, 長 10M 寬 6M 高 3M, 四 周 統 一 開 窗 為 1M 4M, 平 屋 頂 無 水 平 開 口 其 Req 是 否 符 合? Aen 得 ΣAewi=96M 2, ΣAeri=60 M 2,Ab=0 合 計 為 156M 2 ΣAgi fk Ki fvi=6.244 M 2 ( 南 向 ) M 2 ( 西 向 ) M 2 ( 北 向 ) M 2 ( 東 向 ) = M 2 ( 遮 陽 係 數 Ki=1 四 周 橫 拉 窗 型 式 fvi=1) ΣAgsi=0 ( 屋 頂 無 開 窗 ) Aeq 得 ΣAgi fk Ki fvi+σagsi fk Ki fvi= M 2 +0 合 計 約 為 M 2 Req= Aeq/Aen=18.836/156= 本 案 例 根 據 Req 公 式 (2),(3),(4),(5) 計 算, 結 果 為 Req=12.07% 小 於 南 區 標 準 值 Reqs=18%, 故 符 合 建 築 技 術 規 則 第 三 百 一 十 條 之 規 定 另 一 部 分 不 透 明 的 外 殼 之 節 能 特 性 主 要 與 壁 體 的 熱 傳 透 率 U 值 3 [10] 公 式 (6) 即 與 隔 熱 能 力 有 關, 但 是 它 也 承 受 來 自 日 射 的 吸 熱 影 響, 因 此 增 加 隔 熱 性 能 與 降 低 日 面 積 (m2);awi: 外 牆 部 位 i 之 不 透 光 部 位 面 積 (m2);agsi: 屋 頂 部 位 i 之 玻 璃 窗 水 平 投 影 面 積 (m2);ari: 屋 頂 部 位 i 之 不 透 光 部 位 水 平 投 影 面 積 (m2);aewi: 立 面 外 殼 面 積 (m2);aeri: 屋 頂 外 殼 面 積 (m2);ab : 透 天 連 棟 住 宅 分 戶 牆 的 修 正 係 數 (m2);abj: 透 天 連 棟 住 宅 j 面 分 戶 牆 面 積 (m2) 3 熱 傳 透 率 U 值 計 算 公 式 之 相 關 參 數 定 義,U: 熱 傳 透 率 (W/m2 hr);r: 熱 阻 (m2 /W)

14 高 雄 應 用 科 技 大 學 學 報 第 39 期 民 國 99 年 5 月 射 吸 熱 因 子 是 其 節 能 之 道 U=1/R (6) 例 如 : 以 12cmRC 牆 為 例, 經 由 查 表 得 知 各 項 材 質 熱 阻 係 數 [15], 再 經 由 式 (6) 算 得 熱 阻 R 值 及 熱 傳 透 率 U 值, 如 表 3 所 計 算 : 表 3 12cmRC 牆 熱 傳 透 率 U 值 計 算 結 果 材 料 結 構 厚 度 D(m) 熱 阻 係 數 K= 1/K(M K/W) 熱 阻 R=D/K 熱 傳 透 率 U 值 RC 牆 外 氣 膜 磁 磚 水 泥 砂 漿 RC 水 泥 砂 漿 內 氣 膜 1/23 1/1.3 1/1.5 1/1.4 1/1.5 1/ 外 牆 構 造 應 以 能 減 少 外 界 熱 量 侵 入 為 必 要 條 件, 在 使 用 隔 熱 處 理 時, 必 須 配 合 建 築 物 使 用 型 態 而 決 定, 過 份 要 求 隔 熱 對 於 室 內 發 熱 量 大 之 建 築 物 反 而 會 增 加 其 空 調 負 擔, 應 該 配 合 合 理 的 遮 陽 設 施 及 良 好 的 通 風 計 畫 以 減 輕 外 牆 之 受 熱 量 以 外 表 面 飾 材 而 言, 使 用 明 度 較 高 之 表 面 飾 材 增 加 反 射 率 為 宜, 通 常 以 淺 色 材 料 為 佳, 而 白 色 牆 體 具 有 90% 之 反 射 率 而 一 般 紅 磚 混 凝 土 建 材 則 在 10%~50% 之 間, 相 差 頗 大 例 如 就 外 牆 構 造 之 熱 傳 透 率 (U 值 )[16] 而 言, 以 12CM 厚 的 RC 外 牆 為 例 其 U 值 高 達 3.78, 而 有 良 好 隔 熱 層 的 鋁 金 屬 帷 幕 牆 可 在 0.71 以 下, 可 知 RC 外 牆 既 笨 重 且 隔 熱 能 力 又 不 佳, 唯 有 加 裝 隔 熱 材 才 有 良 好 節 能 的 外 殼 而 輕 量 化 的 玻 璃 或 金 屬 外 殼, 只 要 加 強 中 間 空 氣 層 及 隔 熱 處 理, 就 是 十 分 優 良 的 外 殼 外 殼 設 計 需 考 量 的 因 素 很 多, 如 開 窗 率 建 築 方 位 隔 熱 遮 陽 等 等, 這 些 因 素 在 設 計 上 及 使 用 除 須 合 於 法 令 外 也 需 了 解 外 殼 的 各 項 特 性, 才 能 真 正 設 計 出 符 合 建 築 節 能 效 果 的 建 築 物 以 提 供 使 用 遮 陽 結 構 與 材 質 建 築 的 遮 陽 設 計 必 須 在 考 慮 冬 天 的 防 寒 及 夏 天 的 避 暑 的 情 況 下 尋 求 最 佳 方 案, 以 保 持 室 內 環 境 的 舒 適 性, 並 可 適 時 運 用 遮 陽 材 質 將 日 光 導 入 室 內 增 加 照 明, 以 減 少 燈 具 產

15 建 築 節 能 分 析 與 視 覺 化 模 擬 之 研 究 張 昇 吳 翌 禎 許 家 瑛 潘 煌 鍟 生 之 耗 能 以 結 構 而 言 可 分 為 外 遮 陽 及 內 遮 陽, 所 謂 外 遮 陽, 就 是 在 建 築 物 的 開 口 部 ( 門 窗 戶 ) 外 側, 裝 置 各 種 型 式 的 構 件, 用 來 阻 擋 過 多 的 太 陽 熱 得 進 入 室 內, 而 內 遮 陽 就 是 一 般 常 見 的 窗 簾, 雖 然 它 是 最 簡 單 易 行 的 遮 陽 手 段, 但 無 法 像 外 遮 陽 能 大 幅 度 地 減 少 進 入 室 內 的 輻 射 熱 得, 透 過 玻 璃 進 入 的 熱 便 在 室 內 蓄 積 流 動, 所 以 內 遮 陽 僅 能 避 免 太 陽 直 接 照 射 室 內 物 體, 並 不 能 有 效 地 遮 陽 而 以 材 料 來 說 遮 陽 板 材 料 可 區 分 為 RC 金 屬 類 木 質 類 帆 布 類 太 陽 能 板 等, 一 般 RC 是 新 建 工 程 時 便 與 結 構 體 一 起 施 工 完 成, 其 他 則 可 在 後 期 施 作, 因 木 質 帆 布 耐 久 性 較 差 已 較 少 使 用, 而 金 屬 類 加 工 及 施 工 方 便, 使 用 較 廣 泛 但 透 光 性 差, 因 此 會 再 與 其 他 透 光 性 較 佳 的 材 質 搭 配 ( 如 玻 璃 PVC 板 等 ) 設 置 ; 若 以 型 式 上 來 區 分, 主 要 可 分 為 活 動 式 及 固 定 式 兩 大 類, 一 般 形 式 又 因 遮 陽 效 果 的 不 同 而 分 為 以 下 三 大 類, 如 圖 6 所 示 項 目 構 造 水 平 遮 陽 垂 直 遮 陽 格 子 遮 陽 實 際 樣 式 圖 6 遮 陽 結 構 實 際 樣 式 圖 1) 水 平 遮 陽 板 : 由 單 層 或 數 層 平 板 重 疊 而 成, 採 光 效 果 佳, 易 獲 得 遮 陽 計 畫 上 之 成 效, 適 合 設 置 於 南 向 窗 面 2) 垂 直 遮 陽 板 : 設 於 窗 戶 前 側 或 兩 側 之 直 式 凸 出 立 板, 可 遮 擋 角 度 較 低 的 陽 光 ( 早 晨 及 午 後 ), 對 採 光 有 方 向 性, 適 合 設 置 於 東 西 向 窗 面, 但 需 注 意 通 風 性 是 否 有 阻 礙 3) 格 子 遮 陽 板 : 由 水 平 與 垂 直 遮 陽 板 所 組 成, 遮 陽 效 果 佳, 造 價 較 高, 但 無 法 活 動 各 地 方 的 遮 陽 型 式 會 因 為 方 位 的 不 同 而 有 所 區 分, 一 般 北 面 牆 會 採 用 垂 直 遮 陽 型 式, 其 餘 各 方 位 採 用 水 平 遮 陽 居 多, 設 置 遮 陽 板 前 可 經 由 公 式 (7) 及 (8) 計 算 求

16 高 雄 應 用 科 技 大 學 學 報 第 39 期 民 國 99 年 5 月 得 型 式 數 值 [10], 由 於 電 腦 資 訊 技 術 成 熟, 運 用 視 覺 化 3D 技 術 於 遮 陽 板 設 置 前, 先 設 計 遮 陽 型 式 對 建 築 物 遮 陽 效 果, 以 減 少 因 開 口 造 成 的 耗 能 損 失, 並 據 此 提 出 最 節 省 資 源 的 方 式 達 到 節 的 效 果 一 般 遮 陽 效 果 以 遮 陽 板 所 產 生 的 陰 影 長 度 來 考 量, 而 4 陰 影 面 積 與 開 窗 面 積 之 比 值 為 遮 蔽 率, 各 型 式 的 遮 陽 效 果 計 算 如 下 : 水 平 遮 陽 :S=D SEC(A-B) TAN H (7) 垂 直 遮 陽 :S=D TAN(A-B) (8) 例 如 : 以 遮 陽 深 度 30cm, 窗 方 位 角 30 度, 太 陽 方 位 角 60 度, 太 陽 高 度 角 45 度 為 例 分 別 計 算 水 平 遮 陽 及 垂 直 遮 陽 陰 影 長 度 分 別 為 : 水 平 遮 陽 :S=D SEC(A-B) TAN H=30 SEC(60-30) TAN 45=34.64cm 垂 直 遮 陽 :S=D TAN(A-B)=30 TAN(60-30)=17.32cm 計 算 數 值 得 證, 此 案 例 採 用 水 平 遮 陽 較 垂 直 遮 陽 效 果 更 佳, 故 建 議 使 用 水 平 遮 陽 屋 頂 形 式 與 材 質 在 熱 濕 地 區 緯 度 較 低, 屋 頂 接 受 極 大 的 日 射 熱, 因 此 只 要 將 太 陽 輻 射 到 屋 頂 的 能 量 阻 斷, 太 陽 輻 射 問 題 即 可 解 決, 由 於 熱 量 移 動 的 方 式 有 傳 導 對 流 輻 射 等 三 種, 而 當 太 陽 用 輻 射 的 方 式 帶 到 屋 頂 時, 有 些 熱 能 會 因 為 屋 頂 表 面 顏 色 較 淺 而 被 反 射 掉, 有 些 則 因 風 的 對 流 而 帶 走, 剩 餘 的 才 會 被 吸 收 傳 導 到 室 內 空 間 一 般 屋 頂 的 材 質 變 化 較 少 一 般 常 見 材 質 為 RC 陶 瓦 及 鋼 板, 如 圖 7 所 示, 由 於 此 等 材 質 熱 傳 遞 及 蓄 熱 能 力 頗 大, 例 如 5mm 厚 度 鋼 板 熱 傳 導 性 U 高 達 45 (W/m 2.K) 為 所 有 屋 頂 材 料 最 大, 如 何 增 加 屋 頂 的 遮 陽 能 力 及 隔 熱 能 力 才 是 解 決 屋 頂 吸 熱 的 主 要 方 法 4 遮 陽 效 果 計 算 公 式 之 參 數 定 義,S: 陰 影 長 度 ;D: 遮 陽 深 度 ;A: 太 陽 方 位 角 ;B: 窗 面 方 位 角 ;H: 太 陽 高 度 角

17 建 築 節 能 分 析 與 視 覺 化 模 擬 之 研 究 張 昇 吳 翌 禎 許 家 瑛 潘 煌 鍟 構 造 項 目 一 般 PU 膜 RC 屋 頂 陶 瓦 屋 頂 鋼 承 板 屋 頂 實 際 照 片 熱 傳 透 率 U 圖 7 國 內 常 用 屋 頂 隔 熱 構 造 之 隔 熱 性 能 表 [15] 目 前 國 內 建 築 的 屋 頂 型 式 大 致 分 為 斜 屋 頂 及 平 屋 頂 如 圖 8, 而 斜 屋 頂 又 分 單 斜 面 與 雙 斜 面 兩 種 內 政 部 建 築 研 究 所 曾 對 於 建 築 物 外 遮 陽 暨 隔 熱 於 2003 年 提 出 研 究 報 告 指 出, 斜 屋 頂 最 適 當 角 度 為 緯 度 再 加 5, 一 般 設 計 以 不 超 過 15 為 宜, 以 此 原 則 找 出 各 地 區 最 適 當 的 傾 斜 角 度 項 目 樣 式 雙 斜 屋 頂 單 斜 屋 頂 平 屋 頂 實 際 樣 式 圖 8 屋 頂 實 際 樣 式 圖 台 灣 建 築 物 普 遍 缺 乏 屋 頂 隔 熱, 只 在 屋 頂 加 一 層 地 磚 及 防 水 層, 而 屋 頂 的 平 均 日 照 量 是 牆 壁 立 面 的 2 至 3 倍 多, 使 得 頂 樓 耗 能 量 可 觀 根 據 內 政 部 建 研 所 研 究 指 出, 屋 頂 進 行 隔 熱 與 未 隔 熱 者 其 室 內 溫 度 最 大 可 相 差 10 以 上 其 次 屋 頂 的 功 能 在 於 確 保 良 好 之 室 內 環 境, 除 防 晒 遮 雨 外, 對 於 室 內 環 境 之 舒 適 度 影 響 甚 大 屋 頂 隔 熱 指 的 則 是 在 屋 頂 運 用 各 種 方 式 把 太 陽 熱 有 效 的 阻 隔, 比 如 鋪 設 隔 熱 磚 屋 頂 花 架 花 園, 加 設 天 花 板 並 留 空 氣 層 等 等, 在 屋 頂 的 遮 陽 能 力 部 分, 台 灣 常 以 增 建 屋 面 或 搭 蓋 遮 雨 遮 陽 之 棚 架 來 減 少 太 陽 對 於 既 有 屋 頂 表 面 的 直 接 日 射 一 般 為 將 太 陽 的 輻 射 熱 盡 可 能 地 隔 絕 於 室 外, 常 使 用 隔 熱 方 式 有 舖 設 隔 熱 層 屋 頂 花 架 屋 頂 花 園 如 圖 9 所 示

18 高 雄 應 用 科 技 大 學 學 報 第 39 期 民 國 99 年 5 月 隔 熱 層 : 運 用 材 料 的 熱 阻 隔 特 性 來 阻 擋 太 陽 幅 射 熱 傳 遞 入 室 內 空 中 花 架 : 花 架 結 構 常 用 有 木 質 及 金 屬 結 構, 架 上 可 利 用 藤 蔓 形 成 天 然 遮 敝 屋 頂 花 園 : 土 壞 及 植 物 具 有 蒸 發 及 散 熱 的 作 用, 可 帶 走 屋 頂 結 構 的 熱, 而 土 壞 亦 有 良 好 的 隔 熱 性 能, 為 天 然 的 素 材 項 目 樣 式 隔 熱 層 空 中 花 架 屋 頂 花 園 實 際 樣 式 圖 9 國 內 常 見 屋 頂 隔 熱 方 式 屋 頂 層 也 會 因 為 不 同 的 使 用 方 式 採 用 不 同 隔 熱 方 式, 近 來 都 市 土 地 取 得 不 易, 於 是 在 屋 頂 加 強 綠 化, 一 則 有 隔 熱 效 果 降 低 室 內 溫 度, 二 則 可 以 美 化 居 住 環 境 增 加 景 觀 視 覺 享 受, 是 相 當 值 得 推 動 的 節 能 措 施 小 結 建 築 的 生 命 週 期 少 則 數 十 年, 多 則 上 百 年, 而 建 築 的 完 成 是 否 具 有 節 能 功 效, 也 將 伴 隨 至 生 命 週 期 結 束 後 終 止, 因 此 隨 著 資 訊 科 技 的 進 步, 在 講 求 節 能 及 環 保 的 年 代, 建 築 物 的 功 能 也 應 跟 上 時 代 潮 流, 構 建 符 合 人 類 需 求 的 居 住 環 境, 建 築 的 工 法 及 材 料 也 應 創 新 以 取 代 傳 統 的 建 築 所 產 生 的 耗 能 行 為, 材 料 是 會 隨 著 時 代 的 變 遷 與 科 技 的 發 展 而 有 所 改 變, 採 用 不 慎 不 但 無 助 於 節 能 反 而 增 加 耗 能, 事 後 的 改 善 或 許 可 以 達 到 節 能 目 的, 但 過 程 確 已 消 耗 不 少 能 源 值 若 能 透 過 事 先 建 築 節 能 分 析, 有 利 於 設 計 者 了 解 對 建 築 的 材 料 選 用 上 盲 點, 也 有 助 於 建 築 的 永 續 發 展

19 建 築 節 能 分 析 與 視 覺 化 模 擬 之 研 究 張 昇 吳 翌 禎 許 家 瑛 潘 煌 鍟 3. 視 覺 化 節 能 分 析 與 模 擬 本 研 究 利 用 Autodesk Ecotect 軟 體 為 視 覺 化 平 台,Ecotect 提 供 了 一 系 列 的 建 築 能 源 分 析 功 能, 包 含 日 照 分 析 熱 環 境 分 析 及 光 環 境 分 析 等 等, 本 研 究 主 要 藉 助 這 些 分 析, 考 量 前 述 之 建 築 節 能 因 子, 目 的 希 望 可 以 獲 取 整 個 施 工 過 程 能 源 分 析, 確 定 能 源 成 本 估 計, 協 助 規 劃 人 員 規 劃 節 能 建 築, 並 在 此 基 礎 上 對 於 設 計 方 案 進 行 各 種 比 較 和 改 良, 朝 向 節 能 最 佳 化 目 標 發 展 3.1 光 環 境 分 析 一 般 光 的 來 源 可 區 分 為 自 然 光 源 和 人 工 光 源 為 主, 所 謂 自 然 光 源 指 的 是 日 照, 日 照 對 於 建 築 和 建 築 設 計 都 有 著 深 遠 的 影 響, 優 良 的 日 照 設 計 可 以 提 高 建 築 的 舒 適 度 和 降 低 採 光 引 起 之 耗 能 並 提 高 有 益 人 類 潔 淨 的 光 源 而 人 工 光 源 指 的 就 是 燈 光, 其 功 能 最 大 用 途 便 是 用 於 照 明, 因 此 室 內 照 明 若 未 經 過 設 計 分 析, 同 樣 會 造 成 能 量 損 耗, 照 明 不 足 無 法 滿 足 工 作 所 需, 照 明 太 過 又 會 形 成 資 源 浪 費 且 耗 能, 如 何 在 偌 大 的 建 築 空 間 採 用 適 當 的 照 明, 除 了 要 考 慮 建 築 外 殼 的 開 口 率 及 遮 陽 結 構 因 素 之 外, 便 是 要 考 慮 地 區 氣 候 日 照 時 數 建 築 物 方 位 等 環 境 影 響 照 明 之 因 子, 經 由 分 析 後 在 自 然 環 境 的 容 許 下 減 少 人 工 照 明 使 用 頻 率, 才 是 真 正 光 節 能 作 為, 也 才 能 降 低 照 明 的 用 電 負 荷 本 研 究 主 要 針 對 自 然 採 光 作 出 精 確 地 分 析 和 評 估, 同 時 指 出 包 括 採 光 係 數 照 度 和 亮 度 在 內 的 一 系 列 的 標 準 控 制 指 標 參 數 如 圖 10 所 示, 日 照 分 析 主 要 以 太 陽 運 行 軌 跡 及 陰 影 範 圍 之 視 覺 化 模 擬 為 主, 太 陽 運 行 軌 跡 可 以 模 擬 日 或 者 年 在 某 一 時 間 下 的 太 陽 位 置, 其 中 藍 色 8 字 型 曲 線 表 示 了 全 年 中 的 太 陽 等 時 運 行 軌 跡, 藍 色 弧 線 表 示 了 全 年 各 月 單 日 的 太 陽 運 行 軌 跡, 透 過 此 模 擬 可 以 了 解 不 同 時 間 點 自 然 光 源 的 強 度 及 建 築 物 與 日 照 之 間 的 關 係 而 陰 影 範 圍 可 以 用 於 研 究 特 定 時 間 內 建 築 的 陰 影 區 分 佈 特 點 及 變 化 另 外 採 光 分 析 主 要 以 顏 色 深 淺 表 達 室 內 的 天 然 採 光 程 度 舒 適 合 理 的 室 內 光 環 境 設 計 不 僅 可 以 緩 解 視 覺 疲 勞 提 高 勞 動 生 產 率, 而 且 還 能 大 幅 減 少 用 於 照 明 的 能 耗, 根 據 統 計 數 據, 在 辦 公 室 和 商 用 建 築 中, 照 明 能 耗 比 例 均 達 到 了 28 % 以 上 另 外, 採 光 本 身 也 不 是 孤 立 的, 它 涉 及 室 內 視 覺 舒 適 度 遮 陽 形 式 照 明 能 耗 空 調 能 耗 等 多 種 影 響 因 素, 在 分

20 高 雄 應 用 科 技 大 學 學 報 第 39 期 民 國 99 年 5 月 析 過 程 中 需 要 綜 合 來 考 慮 各 種 因 素 的 影 響 地 區 氣 候 太 陽 運 行 軌 跡 日 照 時 數 建 築 物 的 方 位 開 口 率 日 照 分 析 採 光 分 析 遮 陽 結 構 與 材 質 陰 影 範 圍 光 環 境 分 析 [ 節 能 影 響 因 子 ] [ 視 覺 化 模 擬 ] [ 節 能 應 用 ] 圖 10 光 環 境 分 析 之 影 響 因 子 與 節 能 應 用

21 建 築 節 能 分 析 與 視 覺 化 模 擬 之 研 究 張 昇 吳 翌 禎 許 家 瑛 潘 煌 鍟 3.2 熱 環 境 分 析 熱 是 能 量 的 一 種 表 現 方 式, 在 固 體 時, 不 同 的 物 體 聚 集, 溫 度 較 高 的 物 體 會 將 熱 量 傳 遞 至 溫 度 較 低 的 物 體, 在 氣 體 時, 因 空 氣 對 流 關 係, 熱 空 氣 會 上 昇, 冷 空 氣 會 下 降, 而 熱 的 傳 達 特 性 不 外 乎 是 經 由 傳 遞 對 流 輻 射 等 方 式 將 熱 能 擴 散, 然 而 熱 能 一 旦 擴 散, 溫 度 勢 必 上 昇, 這 對 於 建 築 節 能 而 言 是 一 大 傷 害 而 熱 環 境 分 析 就 是 求 解 室 內 外 各 種 擾 動 作 用 下 的 室 內 熱 環 境 參 數, 其 中 外 擾 主 要 是 指 室 外 的 各 種 氣 候 影 響 因 素, 包 括 了 室 外 氣 溫 溼 度 太 陽 輻 射 強 度 等 內 容, 外 擾 主 要 作 用 於 建 築 外 殼 上, 並 通 過 各 種 不 同 的 傳 熱 方 式 影 響 室 內 熱 環 境 ; 內 擾 主 要 是 指 室 內 的 設 備 人 員 等 影 響 因 素, 可 以 直 接 影 響 室 內 熱 環 境 如 圖 11 所 示, 本 研 究 主 要 考 量 之 影 響 因 素 以 外 擾 與 建 築 外 殼 及 其 熱 性 能 為 主, 其 分 析 說 明 如 下 : 系 統 可 進 行 熱 得 來 源 分 析, 可 模 擬 顯 示 建 築 物 在 指 定 日 期 範 圍 內, 來 自 不 同 熱 源, 其 熱 得 逐 日 變 化 的 情 形 以 及 他 們 各 自 所 佔 的 比 例 分 佈 而 結 構 物 總 熱 得 分 析 主 要 利 用 網 格 方 式 及 顏 色 變 化 來 顯 示 在 不 同 時 間 點 上 每 個 月 結 構 物 總 熱 得, 此 分 析 可 以 顯 示 出 結 構 物 一 年 中 逐 時 逐 月 的 熱 得 變 化 趨 勢 關 於 溫 度 分 佈 分 析 可 顯 示 某 建 築 物 區 域 或 是 整 棟 建 築 物 之 不 同 溫 度 的 全 年 時 數 統 計, 通 過 這 一 曲 線 可 以 找 到 此 區 域 溫 度 分 佈 的 特 徵 另 外, 逐 時 溫 度 曲 線 分 析, 可 顯 示 建 築 物 中 所 有 區 域 的 逐 時 溫 度 曲 線 然 後, 系 統 可 根 據 這 些 基 本 數 據 進 行 更 進 一 步 之 綜 合 分 析, 像 是 溫 度 與 熱 得 對 照 分 析, 此 分 析 主 要 說 明 室 外 溫 度 與 建 築 物 熱 得 之 間 的 關 係 適 應 指 數 分 析, 當 室 內 外 溫 差 若 超 過 5 以 上 對 於 人 體 會 造 成 不 適 也 造 成 電 力 浪 費, 此 分 析 顯 示 建 築 物 室 內 室 外 溫 度 之 差 異 性 最 後 用 電 量 預 估 可 透 過 電 度 分 析 將 人 體 最 適 溫 度 區 間 輸 入, 並 根 據 整 年 每 日 平 均 溫 度 資 料 庫, 計 算 冷 暖 氣 所 使 用 電 度 資 料, 進 而 估 算 能 源 使 用 量

22 高 雄 應 用 科 技 大 學 學 報 第 39 期 民 國 99 年 5 月 地 區 氣 候 熱 得 來 源 分 析 日 照 時 數 建 築 物 的 方 位 開 口 率 外 殼 構 造 與 材 質 遮 陽 結 構 與 材 質 屋 頂 形 式 與 材 質 溫 度 分 佈 分 析 結 構 物 總 熱 得 分 析 熱 源 分 析 溫 度 分 析 用 電 分 析 電 度 分 析 [ 節 能 影 響 因 子 ] [ 視 覺 化 模 擬 ] [ 節 能 應 用 ] 圖 11 熱 環 境 分 析 之 影 響 因 子 與 節 能 應 用

23 建 築 節 能 分 析 與 視 覺 化 模 擬 之 研 究 張 昇 吳 翌 禎 許 家 瑛 潘 煌 鍟 4. 案 例 探 討 本 研 究 以 兩 棟 台 灣 常 見 之 住 宅 建 築 為 案 例 並 以 3D 方 式 呈 現 模 型 狀 態 進 行 能 源 分 析 與 模 擬, 其 中 案 例 一 為 平 屋 頂 的 連 棟 透 天, 建 築 外 殼 設 定 為 二 層 樓 只 開 一 扇 大 窗, 兩 側 邊 未 開 窗 ; 案 例 二 為 雙 斜 屋 頂 的 獨 棟 別 墅, 建 築 外 殼 設 定 為 二 層 樓 中 間 開 一 大 窗, 兩 側 邊 每 層 各 開 兩 小 窗, 兩 案 例 模 擬 分 析 結 果 如 下 表 所 示 表 4 等 價 開 窗 率 指 標 (Req) 分 析 結 果 項 目 視 覺 化 模 擬 案 例 一 : 連 棟 平 屋 頂 案 例 二 : 獨 棟 雙 斜 屋 頂 視 覺 化 3D 模 型 等 價 開 窗 率 指 標 (Req) 建 築 外 殼 設 計 : 1. 單 一 樓 層 : 長 10M 寬 7.5M 高 3M, 女 兒 牆 高 度 1.2M 2. 屋 頂 形 式 : 平 屋 頂 3. 建 築 方 位 : 座 北 朝 南 4. 遮 陽 : 無 5. 窗 戶 形 式 : 橫 拉 6. 大 門 形 式 : 外 推 7. 大 門 尺 寸 :1M 2.1M 1 樘 8. 開 窗 尺 寸 :5M 1M 1 樘 建 築 外 殼 設 計 : 1. 單 一 樓 層 : 長 10M 寬 7.5M 高 3M 2. 屋 頂 形 式 : 雙 斜 屋 頂 及 坡 度 27 度 3. 建 築 方 位 : 座 北 朝 南 4. 遮 陽 : 無 5. 窗 戶 形 式 : 橫 拉 6. 大 門 形 式 : 外 推 7. 大 門 尺 寸 :1M 2.1M 1 樘 8. 開 窗 尺 寸 :5M 1M 1 樘 ;2M 1M 8 樘 案 例 一 : 平 屋 頂 ΣAewi=108 M 2 ΣAeri=75 M 2 Ab=43.2 M 2 Aen=226.2 M 2 Aeq= M 2 Req=Aeq/Aen = 案 例 二 : 雙 斜 屋 頂 ΣAewi= M 2 ΣAeri=84.17 M 2 Ab=0 M 2 Aen= M 2 Aeq= M 2 Req=Aeq/Aen = 由 表 4 分 析 結 果 得 知 本 研 究 之 兩 案 例 的 等 價 開 窗 率 指 標 皆 低 於 台 灣 南 區 標 準 等 價 開 窗 率 指 標 (Reqs) 18%, 符 合 建 築 技 術 規 則 第 三 百 一 十 條 之 規 定

24 高 雄 應 用 科 技 大 學 學 報 第 39 期 民 國 99 年 5 月 表 5 光 環 境 分 析 分 析 結 果 項 目 案 例 一 : 連 棟 平 屋 頂 視 覺 化 模 擬 案 例 二 : 獨 棟 雙 斜 屋 頂 視 覺 化 3D 模 型 影 響 因 子 設 定 1. 建 築 方 位 : 座 北 朝 南 2. 遮 陽 : 無 3. 單 層 玻 璃 厚 :8 cm 4. 玻 璃 熱 傳 透 率 U= 季 節 : 冬 季 1 月 影 響 因 子 設 定 1. 建 築 方 位 : 座 北 朝 南 2. 遮 陽 : 無 3. 單 層 玻 璃 厚 :8 cm 4. 玻 璃 熱 傳 透 率 U= 季 節 : 冬 季 1 月 光 環 境 分 析 太 陽 運 行 軌 跡 太 陽 運 行 軌 跡 採 光 分 析 採 光 分 析 由 表 5 視 覺 化 模 擬 了 解 太 陽 的 運 行 會 隨 時 間 及 季 節 而 有 所 變 化, 根 據 其 結 果 顯 示 同 一 時 間 兩 種 型 式 建 築 物 所 產 生 陰 影 面 積 斜 屋 頂 略 大 於 平 屋 頂, 因 此 建 築 物 規 劃 之 初 對 於 座 向 便 應 善 加 考 量, 以 取 得 較 有 利 於 陰 影 產 生 之 方 位, 減 少 熱 能 吸 收, 倘 若 因 地 形 因 素 也 可 透 過 上 述 各 項 模 擬 方 式 探 討 出 建 築 物 最 佳 的 方 位 另 外, 由 採 光 分 析 模 擬 圖 中 可 以 發 現 不 論 是 平 屋 頂 或 是 斜 屋 頂 在 開 口 部 採 光 的 亮 度 ( 紅 黃 色 ) 與 沒 開 口 採 光 ( 藍 色 ) 的 亮 度 差 異 很 大, 更 證 明 開 口 部 不 單 影 響 熱 能 的 多 寡 也 影 響 採 光 亮 度, 若 再 配 合 熱 得 來 源 分

25 建 築 節 能 分 析 與 視 覺 化 模 擬 之 研 究 張 昇 吳 翌 禎 許 家 瑛 潘 煌 鍟 析 來 規 劃 開 口 部 大 小, 相 信 對 於 規 劃 建 築 節 能 方 式 有 所 助 益 項 目 表 6 熱 環 境 分 析 分 析 結 果 視 覺 化 模 擬 案 例 一 : 連 棟 平 屋 頂 案 例 二 : 獨 棟 雙 斜 屋 頂 視 覺 化 3D 模 型 影 響 因 子 設 定 1. 建 築 方 位 : 座 北 朝 南 2. RC 造 牆 厚 :12 cm 3. 外 牆 熱 傳 透 率 U= 遮 陽 : 無 5. 單 層 玻 璃 厚 :8 cm 6. 玻 璃 熱 傳 透 率 U= 季 節 : 冬 季 1 月 8. 天 氣 : 晴 天 9. 平 均 溫 度 :23 度 影 響 因 子 設 定 1. 建 築 方 位 : 座 北 朝 南 2. RC 造 牆 厚 :12 cm 3. 外 牆 熱 傳 透 率 U= 遮 陽 : 無 5. 單 層 玻 璃 厚 :8 cm 6. 玻 璃 熱 傳 透 率 U= 季 節 : 冬 季 1 月 8. 天 氣 : 晴 天 9. 平 均 溫 度 :23 度 熱 環 境 分 析 溫 度 分 佈 分 析 溫 度 分 佈 分 析 逐 時 溫 度 曲 線 分 析 逐 時 溫 度 曲 線 分 析

26 高 雄 應 用 科 技 大 學 學 報 第 39 期 民 國 99 年 5 月 熱 得 來 源 分 析 熱 得 來 源 分 析 結 構 物 總 熱 得 分 析 結 構 物 總 熱 得 分 析 逐 時 熱 得 及 熱 損 失 分 析 逐 時 熱 得 及 熱 損 失 分 析 適 應 指 數 分 析 適 應 指 數 分 析 溫 度 與 熱 得 對 照 分 析 溫 度 與 熱 得 對 照 分 析 電 度 分 析 電 度 分 析

27 建 築 節 能 分 析 與 視 覺 化 模 擬 之 研 究 張 昇 吳 翌 禎 許 家 瑛 潘 煌 鍟 由 表 6 可 得 四 大 分 析 結 果, 第 一 逐 時 溫 度 曲 線 分 析 可 得 知 各 時 段 建 築 物 溫 度 變 化, 此 模 擬 結 果 在 午 間 12 時 兩 案 例 產 生 最 大 差 異, 斜 屋 頂 因 開 口 多 所 以 造 成 室 內 溫 度 偏 高 ( 藍 線 ), 反 觀 平 屋 頂 則 因 開 口 少 室 內 溫 度 維 持 在 平 均 溫 度 ( 紅 線 ) 之 下 第 二 在 這 兩 種 型 式 建 築 物 模 擬 指 定 日 期 範 圍 內 來 自 不 同 熱 源 中 不 難 發 現, 藍 色 區 域 為 室 內 無 熱 得 來 源 區 域, 平 屋 頂 優 於 斜 屋 頂, 斜 屋 頂 因 開 窗 較 多 其 太 陽 熱 能 ( 黃 色 ) 的 分 佈 斜 屋 頂 則 大 於 平 屋 頂, 因 此 證 明 開 窗 對 熱 得 有 很 大 之 影 響 所 以 規 劃 時 除 依 法 規 比 例 開 窗 也 需 考 慮 熱 得 對 建 築 物 之 影 響 第 三 適 應 指 數 分 析 根 據 室 內 及 室 外 溫 度 作 一 統 計 分 析, 當 室 外 溫 度 ( 橫 坐 標 ) 及 室 內 溫 度 ( 縱 座 標 ) 過 高 或 過 低 時 開 啟 空 調 的 時 機 分 佈, 由 模 擬 圖 中 發 現 斜 屋 頂 在 室 內 外 高 溫 開 啟 空 調 的 機 率 ( 藍 點 ) 比 平 屋 頂 來 的 分 散, 而 開 啟 暖 氣 ( 紅 點 ) 的 機 率 卻 比 平 屋 頂 集 中, 乃 是 因 斜 屋 頂 開 窗 多 於 平 屋 頂 之 因 素 所 導 致, 說 明 了 屋 頂 型 式 差 異 及 開 窗 多 寡 對 於 人 體 舒 適 性 之 影 響 外 也 對 於 節 能 提 供 很 好 的 參 考 依 據 最 後, 根 據 所 設 定 之 最 適 溫 度 進 行 電 度 分 析, 由 模 擬 圖 中 所 呈 現 的 圖 形 顯 示 建 築 外 觀 形 式 對 於 用 電 並 無 明 顯 差 異, 而 電 度 分 析 是 藉 由 了 解 空 調 用 電 情 形, 以 作 為 節 能 目 的 之 參 考 對 於 整 個 建 築 來 說, 在 冬 季 影 響 最 大 的 是 外 牆 結 構 傳 導 得 熱, 雙 斜 屋 頂 在 冬 季 時 內 部 熱 損 失 較 平 屋 頂 來 的 高, 約 為 1.4 倍, 這 表 示 我 們 應 對 於 外 牆 結 構 的 保 溫 隔 熱 性 能 要 特 別 重 視 另 外, 雙 斜 屋 頂 在 一 年 中 建 築 結 構 的 熱 損 失 有 70% 來 自 於 外 牆 結 構 的 傳 導, 而 在 平 屋 頂 方 面 只 有 52% 相 對 低 很 多 對 於 建 築 結 構 得 熱 的 來 源 主 要 來 自 於 各 種 太 陽 輻 射 熱, 雙 斜 屋 頂 一 年 中 來 自 太 陽 得 熱 總 計 達 到 了 55%, 而 平 屋 頂 方 面 卻 只 有 28% 在 通 風 散 熱 方 面, 由 表 6 可 以 得 知, 雙 斜 屋 頂 通 風 散 熱 優 於 平 屋 頂 約 為 1.8 倍 左 右, 且 雙 斜 屋 頂 與 平 屋 頂 的 室 內 外 溫 差 平 均 約 為 2.66 度 與 3.04 度, 主 要 原 因 是 因 為 雙 斜 屋 頂 開 窗 面 積 高 於 平 屋 頂 所 致 綜 合 分 析, 雙 斜 屋 頂 因 為 開 窗 面 積 高 於 平 屋 頂, 在 通 風 採 光 性 夠, 並 可 調 整 室 內 溫 度, 所 以 在 節 能 方 面 是 優 於 平 屋 頂 因 此 對 於 建 築 節 能 的 建 議, 我 們 可 以 發 現 經 過 Req 計 算 適 當 增 加 窗 戶 面 積, 可 使 冬 季 進 入 到 室 內 的 直 接 太 陽 輻 射 大 幅 增 加, 明 顯 提 高 冬 季 在 室 內 的 溫 度, 但 開 口 若 過 大 非 但 沒 有 增 加 室 內 溫 度 反 而 因 為 冷 卻 效 應 增 加 開 暖 氣 機 率 而 夏 季 由 於 太 陽 高 度 及 角 度 的 因 素, 日 夜 溫 差 不 如 冬 季 明 顯, 沒 有 造 成 太 大 的 負 面 影 響 從 逐 時 溫 度 曲 線 中 可 以 發 現 增 加 窗 戶 面 積 後, 冬 季 日 夜 溫 差 也 變 大 了, 針 對 這

28 高 雄 應 用 科 技 大 學 學 報 第 39 期 民 國 99 年 5 月 種 情 況, 我 們 可 以 在 建 築 中 換 成 雙 層 玻 璃 蓄 熱 能 力 較 強 的 建 築 外 殼 或 地 板 材 料, 這 樣 利 用 溫 室 效 應 和 建 築 外 殼 蓄 積 的 熱 量 可 以 大 幅 減 少 建 築 物 的 能 耗 並 且 平 衡 日 夜 溫 差, 在 夏 季 我 們 則 可 以 利 用 可 調 式 外 遮 陽 或 內 遮 陽, 盡 量 減 少 白 天 的 太 陽 輻 射 熱, 同 時 也 可 以 輔 助 夜 間 通 風 等 措 施 散 發 白 天 吸 收 的 熱 量

29 建 築 節 能 分 析 與 視 覺 化 模 擬 之 研 究 張 昇 吳 翌 禎 許 家 瑛 潘 煌 鍟 5. 結 論 與 建 議 環 視 目 前 建 築 環 境 與 30 年 前 比 較, 已 不 可 同 日 而 語, 早 期 建 築 的 目 的 不 外 乎 是 為 了 遮 風 擋 雨 有 個 棲 身 之 所, 隨 著 社 會 的 進 步 當 今 的 建 築 除 了 遮 風 擋 雨 的 基 本 需 求 外, 人 類 對 於 建 築 不 單 只 是 住 的 需 求 而 已, 也 隨 著 科 技 的 發 達 與 氣 候 的 變 化, 產 生 較 多 樣 性 變 化, 舉 凡 外 觀 變 化 空 間 多 樣 材 質 選 用 科 技 配 備 等 都 是 考 慮 因 素, 也 都 是 牽 動 建 築 是 否 節 能 的 影 響 因 子 建 築 規 劃 若 只 能 靠 著 數 據 的 運 算 及 歷 史 資 料 的 參 考, 無 法 確 切 的 反 應 出 規 劃 的 建 築 是 否 符 合 節 能 措 施, 倘 若 能 考 量 建 築 節 能 因 子 並 與 現 有 電 腦 資 源 相 互 搭 配 以 3D 視 覺 化 的 方 式 呈 現, 找 出 最 佳 化 的 節 能 方 法 當 可 事 倍 功 半 而 節 能 之 材 料 應 秉 持 取 之 於 自 然, 還 原 於 自 然 的 概 念, 充 分 運 用 地 球 所 賦 予 我 們 的 天 然 資 源, 並 重 複 使 用 來 降 低 資 源 的 浪 費, 減 少 汙 染 以 南 部 地 區 而 言 日 照 時 間 很 長, 平 屋 頂 的 使 用 應 盡 量 減 少, 並 鼓 勵 斜 屋 頂 的 採 用, 充 分 利 用 太 陽 能 源 自 行 發 電, 減 少 發 電 廠 負 載, 以 達 到 物 盡 其 用 的 節 能 方 法 所 謂 正 本 清 源, 所 有 節 能 的 手 法 縱 有 不 同, 但 萬 本 歸 宗 還 是 先 要 了 解 自 然, 若 是 處 處 與 環 境 違 背, 時 時 與 自 然 作 對, 最 終 還 是 要 浪 費 更 多 能 源 來 匡 正 先 前 錯 誤, 不 可 不 慎 之 本 研 究 主 要 針 對 建 築 環 境 與 外 殼 設 計 進 行 研 究, 根 據 國 內 外 文 獻 及 現 況 分 析 來 定 義 建 築 節 能 主 要 之 影 響 因 子, 並 透 過 建 築 節 能 分 析 與 模 擬, 將 產 生 的 分 析 數 據 以 3D 視 覺 化 的 技 術 彙 整 呈 現, 針 對 各 個 季 節 與 時 間 的 變 化 來 分 析 建 築 環 境 及 建 築 結 構 上 所 能 形 成 的 節 能 因 素, 在 建 築 規 劃 設 計 之 時 就 事 先 了 解 耗 能 問 題 所 在 加 以 修 正, 以 期 達 到 建 築 節 能 功 效 及 事 先 防 止 決 策 失 當 目 前 這 些 軟 體 的 計 算 方 法 一 般 都 是 基 於 動 態 的 環 境, 為 了 保 證 計 算 結 果 的 準 確 度, 軟 體 大 多 都 需 要 輸 入 室 外 逐 時 或 氣 象 年 資 料 資 料 庫, 而 且 需 要 提 供 盡 可 能 詳 細 的 建 築 外 殼 的 描 述 材 料 熱 物 理 參 數 暖 冷 空 調 形 式 溫 度 分 區 等 等 資 訊, 這 對 於 一 般 設 計 人 員 來 說, 輸 入 方 式 太 過 於 繁 瑣 在 初 步 設 計 階 段, 由 於 很 多 條 件 無 法 確 定, 設 計 人 員 更 是 無 出 利 用 這 些 軟 體 工 具 對 方 案 進 行 能 耗 分 析 和 節 能 優 化 本 研 究 未 來 希 望 對 於 目 前 能 源 分 析 程 式 套 件 進 行 二 次 開 發, 建 置 視 覺 化 的 人 機 互 動 介 面, 簡 化 輸 入 介 面, 並 提 供 台 灣 地 區 相 關 資 訊, 建 置 符 合 台 灣 地 區 環 境 使 用 之 建 築 能 源 模 擬 分 析 軟 體

30 高 雄 應 用 科 技 大 學 學 報 第 39 期 民 國 99 年 5 月 致 謝 本 研 究 得 以 順 利 進 行, 感 謝 國 科 會 計 畫 NSC E 提 供 經 費 支 持 參 考 文 獻 [1] 林 憲 德,2006, 綠 色 建 築 ", 詹 氏 書 局, 台 北, 台 灣 [2] 林 敬 唐,2006, 建 築 物 之 方 位 實 牆 材 料 開 窗 率 開 口 材 料 及 遮 陽 於 節 能 指 標 之 影 響 ", 碩 士 論 文, 土 木 工 程 研 究 所, 國 立 中 興 大 學 [3] 楊 開 翔,2008, 高 耗 能 辦 公 大 樓 耗 能 因 子 解 析 之 研 究 ", 碩 士 論 文, 建 築 研 究 所, 國 立 成 功 大 學 [4] 韓 佑 勳,2008, 遮 蔭 網 及 屋 頂 綠 化 對 平 屋 頂 熱 環 境 及 建 築 節 能 之 影 響 ", 碩 士 論 文, 園 藝 研 究 所, 國 立 嘉 義 大 學 [5] LEED, 2009, [6] EEWH, 2009, [7] 張 珩 林 憲 德,2000, 國 外 綠 建 築 技 術 之 比 較 研 究 - 各 國 綠 建 築 評 估 系 統 探 討 ", 研 究 計 畫 成 果 報 告, 內 政 部 建 築 研 究 所, 台 北 [8] 林 憲 德 陳 嘉 基,1987, 臺 灣 地 區 建 築 氣 候 分 區 之 研 究 ", 臺 灣 大 學 建 築 與 城 鄉 研 究 學 報, 台 北, 台 灣 [9] McQuiston, Faye C., Parker, Jerald D., 2004, Heating, Ventilating and Air Conditioning:Analysis and Air Conditioning:Analysis and Design", Sixth edition, Wiley, 682 pages, United States. [10] 江 哲 銘,2009, 建 築 物 裡 ", 三 民 書 局, 台 北, 台 灣 [11] 谷 家 恆 楊 冠 雄,1999, 建 築 外 殼 耗 能 管 制 實 施 現 況 檢 討 研 究 ", 研 究 計 畫 成 果 報 告, 內 政 部 建 築 研 究 所, 台 北 [12] 蕭 江 碧 陳 瑞 鈴 林 憲 德,1999, 綠 建 築 規 劃 設 計 技 術 彙 編 之 研 究 ", 研 究 計 畫 成 果 報 告, 內 政 部 建 築 研 究 所, 台 北 [13] 李 靖 男,2002, 建 築 節 約 能 源 設 計 分 析 與 全 尺 度 實 驗 印 證 ", 博 士 論 文, 機 械 與 電 機 工 程 研 究 所, 國 立 中 山 大 學 [14] 陳 錦 賜 張 世 典,1999, 建 築 節 約 能 源 綜 合 指 標 研 究 ", 研 究 計 畫 成 果 報 告, 內 政 部 建 築 研 究 所, 台 北 [15] 內 政 部 營 建 署,2009, 住 宿 類 建 築 物 節 約 能 源 設 計 技 術 規 範 ", 內 政 部, 台 灣 [16] 經 濟 部 能 源 局,2008, 集 合 住 宅 節 能 技 術 手 冊 ", 經 濟 部, 台 灣