全尺度實驗計畫

本研究規畫採用前成功大學能源科技與策略研究中心瞻綠能基 礎建設所建置的第一座亞熱帶節能建築測試驗證平台(Spinlab)作為 全尺度實驗的載體，該平台位於臺南市沙崙綠能科學城，室內配置分 為兩間實驗屋和一間控制室，已於去(108)年 11 月完成建築量體建置，

另成功大學本(109)年續辦「亞熱帶氣候之智慧型節能建築測試驗證 平台—感測與診斷設備」採購，並於 6 月 16 日完成發包作業，本研 究配合設備建置時程，規劃於 9 月起進行相關全尺度實驗，以下針對 本項設施予以簡介。

一、智慧型節能建築測試驗證平台：

建築測試驗證平台主要功能可在實際環境條件下進行測試，

藉由相關測試結果能夠分析建築節能技術的開發、能源效率的改 善、環境與視覺舒適度的成效，目前全球只有美國 Flexlab 與新 加坡 SkyLab 各有一套相同實驗設備，但在細部設計與設置地點 上有所不同，相關設計比較如表 3-3.1 所示。

以美國 Flexlab 為例，主要應用於(1)整體建築系統整合、(2) 綜合組件的相互作用(例如 HVAC，照明，窗口，外觀，插頭負 載控制系統)、(3)硬體和感知器的控制、(4)實際測試並與設計預 測相互比對。測試項目可分為：(1)內部或外部測試、(2)數據收 集和控制、(3)照明和插頭負載測試。

由於 Flexlab 實驗屋的相關技術已經發展成熟，新加坡則依 照 Flexlab 實驗屋為原型設計的概念，於新加坡當地的專科學院 新教學大樓屋頂，建置一個 BCA Skylab 旋轉測試屋，總共耗 資 450 萬新幣(約新台幣 9700 萬元)，於一年的時間建造完畢。

此 BCA Skylab 旋轉實驗屋的面積約 132 m²，能以 35 mm/s 的速 度自轉，約半小時內就可自轉一圈。BCA Skylab 旋轉實驗屋內

設有超過 200 個感測器，可測試在不同時間、氣候和方向條件

工法、單一材料、綜合組件、建築設備等實驗，另規劃之量測監 控系統以數據蒐集系統為管理核心，整合電力、照明、通風換氣、

監視系統及能源管理系統等，具備感測與診斷功能，可網路監控 連線作業，未來規劃研究課題包括下列 7 大主題：

(1) 室內環境 (2) 能源系統 (3) 效能建材 (4) 室外環境 (5) 智慧化調控 (6) 能環人工智慧 (7) 系統整合

圖 3-3.1 測試室及比對室示意圖

（資料來源：成大能源科技與策略研究中心 DM）

二、量測儀器設備：

(一)可撓式熱流Ｕ值感測片

該感測片附有散熱器且為可撓性材質，溫度感測範圍 5cm

x 5cm 的方形面積，可量測待測物傳導、對流與輻射之熱通量，

本研究所採用之感測片為 Hukseflux 公司之 FHF02，其性能如 下：

1.量測溫度範圍：-40℃～+150℃。

2.量測Ｕ值範圍：(-10～+10)×10³ W/m²。 3.靈敏度(Sensitivity)：5.5 x 10⁻⁶ V/(W/m²)。

4.感測片厚度：0.9 x 10⁻³m。

5.感測片熱阻(thermal resistance)：30 x 10⁻⁴ K/(W/m²)。

6.感測片阻抗範圍：50～100 Ω。

7.防護等級：IP67

8.熱流感測片數值記錄器：

a.配置 16 插槽及 48 通道，使用 ARM Cortex-A8 高效能 CPU，

內部 Flash 記憶體與隨機存取記憶體皆為 256MB。

b.數據取樣速率預設為 1 秒/點，最快可達 0.1 秒/點，通用型訊 號輸入:J,T,K,E-type 熱電偶，RTD 式溫度感測器。網路通訊 協定方式適用 RS485 Modbus RTU,Modbus TCP/IP。內建 USB 二埠及 SD 卡插槽，以利隨機存儲數據檔案之便。

c.螢幕觸控顯示畫面大小為 12.1’’TFT、工作電源為 100～240 VAC、工作環境溫度：0℃～50℃。

d.儀器外部尺寸：288 mm(長) ×288 mm(寬) ×189 mm(高)

圖 3-3.2 可撓式熱流Ｕ值感測片

（資料來源:廠商型錄及本研究拍攝）

圖 3-3.3 熱流感測片數值記錄器 （資料來源:廠商型錄）

(二)室內型多功能溫濕度計

該溫濕度計可量測溫度、相對濕度、露點、濕球溫度、比 焓等物理量，本研究所採用之設備為宇田控制科技股份有限公 司(EYC)之 THS301，其性能如下：

1.輸入訊號：Capacitive Humidity Sensor & PT 100Ω A 級。

2.輸出訊號：RS-485 及 2 組類比輸出訊號。

3.溫度線性精度：±0.2°C ± 0.005°C x t actuaI（量測點 25 °C）。

4.濕度準確度：± 2% RH（量測點 25 °C）。

5.工作環境溫度：-20℃～60℃。

6.工作環境濕度： 0～95% RH。

7.防護等級：IP65(本體)

圖 3-3.4 室內型多功能溫濕度計 （資料來源:廠商型錄）

(三)室內熱舒適性量測系統

該量測系統可依據 ISO7730 量測 PMV/PPD 室內熱舒適性 等物理量，本研究所採用之設備為宇田控制科技股份有限公司 (EYC)之 DeltaOHM HD32.3A WBGT PMV PPD，由標準黑球、

風速計及溫濕度計組成，並設計置放於三角支架，以便於攜帶、

儀動及現場量測，主機電池 1800mAh 可提供連續至少(含)8 天 之 使 用 ， 並 連 接 搭 配 ARTILECT GREEN 公 司 之 AGD-DB122SA1 照度計，各項主要性能如下：

1.標準黑球

a.直徑 150 mm 球體。

b.量測溫度範圍：-10℃～+100 ℃。

c.解析度（Resolution）：0.1 ℃。

d.訊號傳輸：SICRAM 模組。

2.風速計

a.可操作溫度範圍：0℃～80 ℃。

b.量測風速範圍：0.1～5 m/s。

c.準確度（Accuracy）：

±0.2 m/s(在風速計讀值為 0.1～1 m/s)、±0.3 m/s(在風速計讀值 為 1～5 m/s)。

d.訊號傳輸：SICRAM 模組。

3.溫濕度計

a.量測溫度範圍： -40℃～100 ℃。

b.量測濕度範圍：0～100 % RH、

c.溫度準確度符合 1/3 DIN 規範。

d.濕度準確度 1.5 % RH(讀值為 0～90% RH)。

e.溫度解析度：0.1 ℃。

f.濕度解析度：0.1 % RH。

圖 3-3.5 室內熱舒適性量測系統

（資料來源:廠商型錄及本研究拍攝）

圖 3-3.6 感測與診斷設備架構

（資料來源：成大能源科技與策略研究中心）

三、實驗空間及條件設定：

本研究之實驗屋共 2 間分別為測試室(編號 A)及比對室(編 號 B)，室內空間均設定為長 6.5m、寬 4.8m 及高 3.85m，室內 裝修分別為礦纖天花板、淺灰色木質地板、3 面為不透光牆面及 1 面可更換正面牆帷幕玻璃，其開口尺寸為寬 4.8m、高 2.8m，

本研究規劃在測試室之帷幕玻璃內側安裝不同種類隔熱膜，另比 對室則維持原玻璃不安裝貼膜材料，玻璃帷幕為 5mm 厚度之清 玻璃，實驗過程不開燈，照明均由晝光提供，並透過室內環境溫 溼度控制，逐分記錄 2 個實驗屋的總用電量、即時消耗功率、玻 璃表面熱通量、隔熱膜表面溫度、室內熱環境參數、照度以及戶 外氣候條件，藉此評估應用於不同建築方位之節能效益及對人員 熱舒適度指標 PMV(Predicted Mean Vote)等影響。

設定實驗進行之條件，空調依實驗需要將溫度設定為 27℃，

空調運作時間設定為每天 8:00~18:00。在每一間實驗屋裡均架設 1 套室內熱舒適性量測系統及 1 組照度計，擺放位置均距離玻璃 帷幕約 1.8m 處，其中照度計放置於桌面離地約 72 cm，熱舒適 性量測系統放置於地面，標準黑球離地約 60 cm，另為了確保實 驗的準確性，在安裝隔熱膜前均參照標準作業程序進行實驗屋的 歸零實驗，以確保實驗結果的準確性與可靠度。

囿於研究期程有限，本研究參酌前一章節玻璃貼膜材料試驗 調查成果，選用試件有(無)達到高性能節能綠建材基準之玻璃貼 膜材料各 1 件依實驗計畫安裝於測試室之玻璃帷幕，對照組之比 對室則不安裝，並利用「智慧型節能建築測試驗證平台」底部旋 轉機構調整實驗室方位，分別進行東、西、南及北等 4 個不同建 築方位的室內光、熱環境和空調能耗測量的全尺度實測實驗，以 解析隔熱膜的熱力與光學性質對其影響，本次實驗選用試件性能 數據、規劃內容及外氣統計資料如表

3-3.2～表 3-3.4 所示。

表 3-3.2

本次實驗選用隔熱膜之性能數據

（資料來源：本研究整理）

圖 3-3.7 測試 A 室之帷幕玻璃隔熱膜施工

（資料來源：本研究拍攝）

試驗項目 某 PR 隔熱膜

(符合節能綠建材基準)

某 SN 隔熱膜

(未達節能綠建材基準) 備註

可視光透射率 68..46％ 74.47％

可視光外反射率 8.04％ 10.18％

日光透射率 38.16％ 69.38％

日光反射率 18.91％ 11.77％

紫外線透射率 0.09％ 0.51％

日光輻射熱取得係數 0.493 0.697

遮蔽係數 SC 0.566 0.801

熱傳透率 U 5.84 W/(m²K) 5.83 W/(m²K)

實 驗 屋 之 帷 幕 玻 璃 面 向東

實 驗 屋 之 帷 幕 玻 璃 面 向西

實 驗 屋 之 帷 幕 玻 璃 面 向南

實 驗 屋 之 帷 幕 玻 璃 面 向北

圖 3-3.8 實驗屋之帷幕玻璃面向不同方位

（資料來源：本研究拍攝）

表 3-3.3

本次實驗規劃內容

日期 帷幕玻璃

面向 空調運轉 空調運作

時間

測試室 黏貼隔熱膜

比對室 黏貼隔熱膜

9/19 西方 Off - ^{SN 無}

9/20 西方 On 8:00~18:00 ^{SN 無}

9/21 南方 On 8:00~18:00 ^{SN 無}

9/23 北方 On 8:00~18:00 ^{SN 無}

9/24 東方 On 8:00~18:00 ^{SN 無}

10/3 東方 On 8:00~18:00 PR 無

10/6 南方 On 8:00~18:00 ^{PR 無}

10/7 西方 Off - ^{PR 無}

10/8 西方 On 8:00~18:00 ^{PR 無}

10/9 北方 On 8:00~18:00 ^{PR 無}

（資料來源：本研究整理）

表 3-3.4

本次實驗期間外氣統計資料

乾球溫度(°C) 相對濕度(%) 日照(kWh/m²) 日期 最高 最低 平均 最高 最低 平均 最高 最低 平均

9/19 38.0 30.8 35.0 79.2 49.3 60.1 1087 0 686 9/20 38.5 27.8 34.2 86.5 46.4 61.6 1046 0 567 9/21 37.4 29.7 33.7 92.9 80.0 86.4 1290 0 708 9/23 37.8 30.8 35.4 66.7 45.0 53.9 1238 0 723 9/24 38.0 29.2 34.3 76.8 43.3 57.4 1240 0 841 10/3 36.2 29.0 33.5 87.0 75.9 82.3 1255 0 697 10/6 36.7 26.8 32.5 80.8 69.4 75.7 1051 0 626 10/7 35.6 26.8 31.2 77.0 64.7 72.0 1027 0 660 10/8 34.3 25.2 29.6 76.7 63.2 70.9 996 0 630 10/9 37.1 28.8 33.3 77.3 67.4 73.5 1228 0 682

（資料來源：本研究整理）

四、全尺度實驗量測：

(一)實驗屋之空調耗電量

本次選用 2 件玻璃貼膜材料產品，其中 1 件 PR 隔熱膜之性 能符合節能綠建材基準，另 1 件 SN 隔熱膜則未達節能綠建材基 準，均設定室內空調為相同溫度 27℃條件下，每天空調運作 10 小時(8:00~18:00)，利用建築測試驗證平台底部旋轉機構調整實 驗屋方位，在相同室內空間約 120 m³（長 6.5m、寬 4.8m 及高 3.85m）之測試室(編號 A)及比對室(編號 B)進行空調用電實測，

透過圖 3-3.9～圖 3-3.12 可以發現安裝 PR 隔熱膜測試室之空調 用電明顯較比對室來的低，而安裝 SN 隔熱膜則差異較小，本研 究進一步以比對室之耗電量為基準，其試驗樣本測試結果如下：

1.測試室安裝 PR 隔熱膜

測試室之帷幕玻璃安裝 PR 隔熱膜，比對室則不安裝，經 比較實驗屋耗電，應用於不同建築方位的省電效果為西方 (16.52％)＞東方(8.57％)＞南方(7.19％)＞北方(3.44％)，安裝 PR 隔熱膜之各方位整體平均能節省室內空調用電約 8.9％，平 均節省耗電量約 0.8 度/日，以本次採購 PR 隔熱膜為例，材料 含施工之單價為 1705 元/m²(每才 155 元)，施作開口尺寸面積 13.44 m²(寬 4.8m、高 2.8m)，總施工費用 22,915 元，若以每 度電費 4 元概估，安裝 PR 隔熱膜之回收年限約 19.6 年。

2.測試室安裝 SN 隔熱膜

另測試室之帷幕玻璃安裝 SN 隔熱膜，經比較實驗屋耗電，

應用於不同建築方位的省電效果為西方(3.75％)＞東方(2.67％)

＞北方(1.64％)＞南方 (1.11％)，安裝 SN 隔熱膜能之各方位 整體平均節省室內空調用電約 2.3％，平均節省耗電量約 0.24 度/日，以本次採購 SN 隔熱膜為例，材料含施工之單價為 1100 元/m²(每才 100 元)，施作開口尺寸面積 13.44 m²(寬 4.8m、高

2.8m)，總施工費用 14,784 元，若以每度電費 4 元概估，安裝 SN 隔熱膜之回收年限約 40.5 年，各隔熱膜於不同建築方位之 空調用電如表 3-3.5 所示。

圖 3-3.9 測試室玻璃貼 PR 隔熱膜即時空調用電累計結果(面向東)

（資料來源：本研究整理）

圖 3-3.10 測試室玻璃貼 PR 隔熱膜即時空調用電累計結果(面向南)

（資料來源：本研究整理）

09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 0

2 4 6 8 10 12

14 A Test Room with PR film

B Test Room

hr (East)

kW h

09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 0

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

A Test Room with PR film B Test Room

hr (Sourth)

kW h

圖 3-3.11 測試室玻璃貼 SN 隔熱膜即時空調用電累計結果(面向西)

（資料來源：本研究整理）

圖 3-3.12 測試室玻璃貼 SN 隔熱膜即時空調用電累計結果(面向北)

圖 3-3.12 測試室玻璃貼 SN 隔熱膜即時空調用電累計結果(面向北)

在文檔中 建築門窗用玻璃貼膜與方位之節能效益相關性研究 (頁 114-140)