第三章 案例分析
第三節 主動式創新節能外牆設計案例
一、阿布達比投資公司總部
基本資料與使用需求
案名：阿布達比投資顧問公司總部 (Abu Dhabi Investment Council Headquarters) 機能：辦公大樓
設計：概念設計-Aedas；立面技術-Arup 地點：阿布達比 (Abu Dhabi)
面積：75000 m2 緯度：北緯 24 度 時間：2012 年
建築座向與量體配置
本案包含二座圓柱形量體，外牆分為二層，內層牆為玻璃帷幕牆，在東西南 三個面向包覆有外層牆，外層牆是動態遮陽單元1。
外牆節能設計手法
25 層的玻璃雙塔藉由遮陽系統的設計，抵檔沙漠地帶強烈炙熱的太陽光。
在高效能反射玻璃及三角型動態遮陽板的搭配下，可以抵擋強烈日光且兼顧室內 採光，在這種配套措施的運用下，本案的隔熱及採光效益，都相較於單純使用高 反射玻璃要好，每年可以減少 35%的冷房耗能
外牆單元構件之設計特色與應用方式
動態遮陽板可以比靜態遮陽板多出 20~60%的隔熱效果。每一片大的三角形 遮陽單元，由六個小三角形所構成；材質由不鏽鋼、鋁、表層塗附鐵氟龍(PTFE) 的玻璃纖維等所組成1。當遮陽需要展開時，在所有小三角形的交界處，其動作 會由電動螺旋千斤頂所控制。為了防止其故障，此動作系統在啟用前已經過相當 於操作 84 年生命週期的 3 萬次測試以抵抗海風的鹽分。
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圖 3-49 阿布達比投資公司總部設計說明
(資料來源： Al-Bahar-Towers, Kinetic Architecture: Designs for Active Envelopes)
[註1] 圖 3-49 左上:單元三角分割；中上:可調變的開口；右上:動態遮陽板包覆於東西南三面；
左下:三角形遮陽單元模組構造；右下:內外層強與樓板之構造關係
資料來源：http://aedasresearch.com/features/view/advanced-modelling/project/al-bahar-towers Fortmeyer, R., & Linn, C. (2014). Kinetic Architecture: Designs for Active Envelopes.pp.176~183
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二、SOM 的 Helio Trace 可動立面
基本資料與使用需求
案名：HelioTrace Center for Architecture 機能：辦公大樓
建築設計：Skidmore, Owings & Merrill, New York
動態構造：Chuck Hoberman & Adaptive Building Initiative 地點：紐約
時間：2010 年
外牆單元構件之設計特色與應用方式
本案欲開發一種可以主動感應太陽輻射熱的可動式遮陽開窗的原型。每個動 態遮陽窗模組，由二種遮陽片組成：一種在窗戶四周，可向外側伸展出，用來遮 蔽來自側面的陽光；另一種在窗戶表面，可向內伸展來覆蓋窗戶表面，用來遮蔽 來自正面的陽光。主動式遮陽模組以在不同伸展程度下的遮陽狀況，如圖 3-50 所示。
建築座向與量體配置
本動態遮陽模組必須與建築量體的設計互相搭配，才能達到合理的節能效益
2，本動態窗適用以下量體設計手法：(1)建築量體的開窗部位要涵蓋所有面向，
以面對各個方向的陽光照射;(2)建築量體必須圓滑連續，方位之間的轉換必須連 續不中斷；(3)建築量體的形式操作，可以運用內凹手法，來為量體創造更多的表 面曲度。
外牆節能設計手法
一般玻璃建築量體在這種動態機構的運用下，可以改善室內眩光度、降低日 照熱得率，經過分析，這種主動式遮陽系統可以降低建築物熱得達 81%。2
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圖 3-50 Helio Trace 可動立面之設計說明
(資料來源：ADAPTIVE BUILDING INITIATIVE: Helio Trace)
[註2]圖 3-50 左上: 窗模組與室內採光；右上: 動態窗模組包含側向與正向遮陽板；中: 主動式 遮陽模組以在不同伸展程度下的遮陽狀況；左下: 合理的量體設計；右下: 外牆構造的四個層 次
(側面遮陽板、窗內遮陽片、一般玻璃窗、建築結構) 資料來源: http://www.adaptivebuildings.com/heliotrace.html
http://www.som.com/content.cfm/heliotrace_facade_popular_science_best_of_whats_new
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三、巴塞隆納 Torre Agbar 大樓
基本資料與使用需求 案名: 阿格巴塔 (Torre Agbar)
業主: 巴塞隆納供水公司（Aigües de Barcelona）
機能: 行政辦公大樓
樓層: 33 層，144.44 公尺高 設計: 金·努維爾 (Jean Nouvel) 地點: 西班牙巴塞隆納
緯度: 北緯 41 度 時間: 2005 年
建築座向與量體配置
本案是圓柱型量體，量體面積由下而上逐漸縮小，量體的各向立面均質相似，
但依照太陽路徑在各方位配置不同密度的遮陽表層。本案的形體是由兩個非同心 的內外柱體包裹而成3；外圍柱體形塑整個建築外觀，各層平面接近橢圓形，混 凝土構造的牆體上有諸多開口；內圍柱體直徑略小於外圍柱體的半徑，為大樓的 主要結構體及服務核，混凝土構造的牆體甚少開口近似封閉，平面呈卵形，內部 為服務性空間；各層樓板以鋼樑支撐金屬板來減輕重量。
外牆節能設計手法
整座大樓設計強調環保節能減碳，充分運用自然採光減少人工照明；外牆上 四千多扇看似隨意安置的方形窗，其實是按日照方向決定其位置和數量。所使用 的建材以絕緣、再生和無汙染為原則，不使用含有甲醛、石綿特別是含鉛的塗料。
此外，利用空氣循環定律維持室內自然通風，並使用不破壞環境的冷卻氣體，以 及水資源回收等，都是以環保為主要訴求的特殊設計。
外牆單元構件之設計特色與應用方式
建築物的牆體是雙層構造，分為內外二層：「內層牆體」是混凝土牆體，表 面覆蓋亮面烤漆鋁片，鋁片的顏色以紅藍色系為主，色彩由上而下從藍色轉變為 紅色，共有 25 種顏色；「外層牆體」是玻璃百葉，百葉構造是可翻轉的外遮陽板，
玻璃百葉有全透明或半透明，兼顧遮陽與視野通透，共有六萬多個葉片3。內表 層與外表層之間的維修通道以鋼格柵搭建。
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圖 3-51 巴塞隆納自來水公司總部大樓 Torre Agbar 設計說明 (資料來源：巴塞隆納自來水公司總部大樓 Torre Agbar, Jean Nouvel)
[註3]圖 3-51 左上: 量體配置；右上: 量體外觀；左下: 外牆分為內外二層；中下: 外層牆體遮 陽板；右下: 內層牆體開口狀況
資料來源:
阿格巴塔-維基百科
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%98%BF%E6%A0%BC%E5%B7%B4%E5%A1%94 巴塞隆納自來水公司總部大樓
http://www.archinfo.com.tw/member/09/090213.aspx
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四、德國 ZVK Building 可調式立面
基本資料與使用需求
案名：建築業退休補給基金行政中心擴建案
(Administrative Extension for Supplementary Pension Fund of the Building Industry, ZVK Building)
機能：行政辦公大樓
設計：赫佐格聯合建築師事務所 (Herzog + Partner) 地點：德國威斯巴登市 (Wiesbaden)
緯度：北緯 50.5 度 時間：1994~2003 年
建築座向與量體配置
行政中心分配在四排分隔的辦公帶的脊型結構中，以東北-西南方向排列4， 各辦公帶深度 12 米，立面模矩 1.5 米，可配合各大樓的截面長度促進自然的採 光與通風。每個較小的辦公區塊能左右或上下連接在一起，可創造個人型、團體 型、混合型和開放型的各種辦公室。
外牆節能設計手法
本案外牆在通風換氣的節能設計方面，運用了三層鑲嵌玻璃，包含一層絕熱 性極佳、填充有惰性氣體的鉛玻璃。依據室外溫度與氣流狀況，立面上半部的通 風換氣葉片，可以半開、全開或緊閉，以維持室內的空氣品質。室內壁面上僅及 茶几高度的位置處有一配電器，在冬天時一個小型的對流式暖爐會把通風換氣葉 片的空氣在進入室內前先預熱。4
外牆單元構件之設計特色與應用方式
本案的外牆單元之主要特色在於北向立面與南向立面的板片構造，在功能上 兼具遮陽與導光效果4。在北向立面上，運用固定的傾斜金屬板，使頂光偏斜至 樓板以達房間深處；在南向立面上，每個立面單元包含兩片可翻轉的金屬板，在 陰天時能使頂光偏斜至樓板以達房間深處，在晴天時金屬板上段變動為遮陽板，
但能讓部分陽光經由金屬板內側的構件，反射入室內。金屬板中段能反射必須的 直射日光進入室內深處，下段能讓視野保持通透。4
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圖 3-52 ZVK Building 可調式立面之設計說明
(資料來源：Detail: Zeitschrift fur Architektur & Baudetail & Einrichtung，建築 Dialogue 雜誌)
[註4]圖 3-52 左上: 建築座向與量體配置；右上: 南北向立面之遮陽板與導光板；左中: 外牆之 導光與遮陽方式；右中: 可調節板片之運作效果；左下: 外牆之通風換氣方式；右下: 可調節通 風氣流之牆體構造
資料來源:
Detail: Zeitschrift fur Architektur & Baudetail & Einrichtung, Vol.41-No.7.
建築 Dialogue 雜誌, No.68, pp.103-111, 04/2003.
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五、德國 Expo-Tower 動態太陽能立面 Wesertal (hameln-Emmerthal)
基本資料與使用需求
案名：世博會太陽能塔的動態立面 (Expo-Turm Wesertal) 機能：住宅建築示範案例
設計：Niederwöhrmeier + Wiese, Architekten BDA 地點：德國 Hameln-Emmerthal
高度：16 公尺 緯度：北緯 52 度 時間：2000 年
建築座向與量體配置
建築物為座北朝南的矩形量體，「量體南向」是正立面為開放性開口，設置 大片開窗、陽台及維修通道；「量體北向」是背立面為封閉式牆體，為入口及垂 直動線；「量體東西向」是側立面僅有小面積局部開口，側立面牆體構造由內而 外分別為：鋼板、鋁百葉、太陽能板等三層5。
外牆節能設計手法
本案以太陽能發電系統來供應熱水與電力系統所需要的能源，用於外層牆體 光電板及玻璃窗膜光電板，分別使用不同的光電電池。本案的多種太陽能板及可 動機構的整合運作下，可以使太陽能的獲取率達到 38%，比靜態立面的系統要高 出許多。
本案依照建築量體座向，設置不同的節能外牆設計，包含：(1)隔熱構造(保 溫層、鋁百葉、節能玻璃)、(2)遮陽構造(太陽能板)、(3)動態構造(定點翻轉的單 軸追光構造、旋轉牆搭配可翻轉機構的雙軸追光構造)。
外牆單元構件之設計特色與應用方式
本案正立面的可翻轉太陽能板是單軸追光機構，側立面的可翻轉太陽能板裝 置於可旋轉的牆體上，形成雙軸追光機構5。
建築南向立面的牆體為固定的框架，在框架上裝設可翻轉的遮陽板，遮陽板 的材質為太陽能光電板；建築兩側東西向立面的牆體，是兩片可以整面旋轉 180 度的牆體，整面旋轉的框架上搭配可翻轉的光電板，可以在白日不同時段，依照 日照方位來調整旋轉角度，取得最佳的隔熱與擷能效果。
第三章 案例分析
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圖 3-53 德國 Expo-Tower 動態太陽能立面 Wesertal 之設計說明 (資料來源：赫爾佐格，2006 立面構造手冊)
[註5]圖 3-53 左上: 建築物各向牆體分解圖；右上: 南向固定牆體及兩側可旋轉牆體；左下: 外 層框架與內層窗體之間的鋼柵通道；右下: 建築西向及其可旋轉的牆體
資料來源：
1.赫爾佐格 (2006). 立面構造手冊. Pp. 302~303
2.http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/290/10/Anhang_B5_B8.pdf .
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高開口率視
Residential Development
南北向配置 高開口率視
Federal Building
以三種開口