空污減量

本研究採用 Big-leaf resistance (BLR) model (Yang et al., 2008)推估綠屋 頂減少各空氣污染物(包括 NO2, SO₂, O₃, PM₁₀)的量，根據 Nowak (1994a)，

在一段時間及一定綠屋頂面積，針對不同空氣污染物之減量，可以下列公 式估算:

T L F

Q_x = _x× × (3.4) 其中 Q_x 是代表在一定時間內，不同污染物 x (e.g., NO₂, SO₂, O₃, PM₁₀)，能 夠被植物所移除的數量多寡(g)，F 代表污染物的質通量(g m^-2 s^-1)，L 為植 物面積 (m²)，T 則代表時段 (s)

1. 污染物之質通量, (Nowak, 1994a):

x x

x VD C

F = × (3.5) 其中 VDx為污染物 x 的乾沉降速率 (dry deposition velocity) (cm/ s); Cx

為空氣中污染物 x 的濃度(µg/ m³).

2. O₃, SO₂, 及 NO₂的乾沉降速率 (VD_x) (Nowak, 1994a):

VD_x =

(

R_a +R_b +R_c

)

⁻¹ (3.6) 其中 Ra為 Aerodynamic resistance; Rb為 Quasi-laminar boundary layer resistance;而 R_c為 Canopy resistance。

(a) R_a (Nowak, 1994a)

R_a =u

( )

z u_*² (3.6a)

22

其中 u(z)為高度 z 的風速，u*為摩擦風速，且依Ψm動量穩定方程 式估算，如下列:

(

z d

) { [ (

z d

)

z

] [ (

z d

)

L

] [

z L

] }

ku

u_* = − ln − ₀ −Ψ_m − +Ψ_{m 0} (3.6b) 其 中 k 為 Von Karman Constant (0.4); z 為 高 度 (m); d 為 Displacement length (m); z_o 為 Roughness length(m); 而 L 為 Monin-Obukhov stability length (m)，表 3.3 所列為不同植物種類的 z₀及 d；本研究同 Yang et al. (2008)亦採用 Short grass 來代表薄層 式率屋頂; L 是依大氣資料庫地方測站資料，並使用 Turner classes 分類方法判斷每小時之大氣穩定度，附錄 C.1(a)及(b)詳列此分類 方法(Panofsky and Dutton, 1984)，然後再依下式(Zannetti, 1990)估 算 L 值:

z b

L a ⁰

1 = × (3.6c)

其中不同大氣穩定下之係數 a,b 值請參見附錄 C.2 所列。

表 3.3 不同植物之 z0及 d

植物種類 Average height h₀ (m) z₀ = 0.1h₀ (m) d = 0.7h₀ (m) Short grass 0.150 0.015 0.105 Tall herbaceous

plants

1.000 0.100 0.700

Deciduous trees 5.000 0.500 3.500 資料來源：Yang et al. (2008)

23 ν/ D，ν 是 Kinematic viscosity of air，D 是氣體的分子擴散係數，

O₃的 S_c = 1.000，NO₂的 S_c = 0.980，SO₂的 S_c = 1.150;P_r為 Prandtl number，空氣的 P_r常數為 0.720。

(c) R_c (Wesely et al., 1989)

R_c =

[

1r_sm,_x +1r_lu,_x +1

(

r_dc +r_cl,_x

)

+1

(

r_sc +r_gs,_x

) ]

⁻¹ (3.6h) 其中 r_sm,x是由 Minimum leaf stomata and Mesophyll resistance 所組 合而成; rlu,x是 Leaf cuticles resistance; rdc是 Resistance for gas-phase transfer by buoyant convection in canopies; r_cl,x 是 Resistance by leaves, twigs,bark or other exposed surfaces in the lower canopy; r_sc

24

是 Transfer resistance，且和植物頂篷之高度和密度有關; rgs,x 是 Ground surface resistance，下標 x 則代表不同污染物 x，S 和 O 分 別為 SO2和 O3，也利用此兩物種代表其路徑。

(1) r_sm,x (Mesophyll resistance) r_sm,x r_sD_HO D_x r_m,x

其中 ri是 Minimum bulk canopy stomatal resistances for water vapor; G 是太陽輻射 (W/m²); T_s是空氣表面溫度且介於 0 到 40 ℃之間。

(2) r_dc (Resistance for gas-phase transfer by buoyant convection in canopies)

^rdc ⁼¹⁰⁰

[

¹⁺¹⁰⁰⁰

(

^G+10

)

⁻¹

] ⁽

^1+1000θ

⁾

⁻¹

(3.6l)

其中 G 是太陽輻射 (W/m²); θ 為與地面的角度; rdc之單位為 s /m。

25 Reactivity factor for oxidation of biological substances。

(4) r_cl,x (Resistance by leaves, twigs, bark or other exposed surfaces in the lower canopy)

[ (

,

)

0 ,

]

¹

(5) r_gs,x (Ground surface resistance)

[ (

,

)

0 ,

]

¹

26

C 是 Correction factor for small particles 且計算方法為(Zhang et al., 2001)： Brownian diffusion, impaction 和 interception 的收集效率; R₁是一修 正係數，表示顆粒黏在表面之程度。

27

(1) E_B

E_B =S_c^−γ (3.7e) 其中γ 會隨著土地使用種類之不同而改變，請參見附錄 C.4。

(2) E_IM (Peter and Eiden, 1992)

E_IM =

[

S_t

(

α +S_t

) ]

^β (3.7f) 其中 α 請參見表 3.8; β 則採用 2;Impaction process 主要受由 Stoke number (S_t) 所影響，植物表面上之計算方式為 S_t = V_gu*/gA (Slinn, 1982) ， 在 平 滑 表 面 之 計 算 方 式 則 為 S_t = V_gu*/υ(Giorgi, 1988); A 為收集器之特徵半徑，請參見附錄 C.4。

(3) E_IN :

^EIN =^0.5

(

^dp ^A

)

² (3.7g) 其中 A 是收集器之特徵半徑，請參見附錄 C.4。

(4) R₁(Slinn et al., 1982):

R1 =exp

(

−S_t¹²

)

(3.7h) 3.3.4 截水

綠屋頂的截水效益可分為兩部份：降低雨水地面逕流及降低降雨尖峰 流量，降低雨水地面逕流部份，本研究採用廖(101 年)所歸納出的綠屋頂基 值截水及排水板截水經驗公式估算截水量，如下式所列：

(

_{S i}

)

^t

S

f =θ − θ −θ e^−β∆

θ (3.8)

(

f i

)

D

S S

SW = θ −θ

∆ (3.9a)

28

(

−∆

) (

× ^0.0117 −^0.2289

)

=

∆SW_d P SW_S P (3.9b)

其中 θ_f為最終含水率，θ_S為飽和含水率，θ_i為初始含水率，Δt 為降雨 延時，β依廖(101 年)降雨時為 0.01969，無降雨則為-0.00905，ΔSWS為 基質截水深度，ΔSW_d為排水板截水深度，P 為降雨量，S_D為綠屋頂土壤

29

於是否高估及低估，並不易判斷，也可能高估，因空間分佈若在上游為主 或是未達飽和、初始含水率較高等，也可能低估，可能會減少更多的尖峰 逕流量，可延遲尖峰時間。

3.4 一般屋頂及綠屋頂成本概估

綠屋頂成本會受到一些因子影響，包括初設成本(包括植物、基質、

形式、排水與蓄水層、防水層及材料運輸與工資等)、氣候、維護與更新、

使用期間、折現率、屋頂可及性、設計、功能、巿場規模（Chang et al., 2011；

Niu et al., 2010; Carter and Keeler, 2008；Clark et al., 2008; Wong et al., 2003;

Porsche and Kohler, 2003）。因子不同成本亦會隨之變動，如表 3.5 所列，

該表列出文獻中可找到的各國綠屋頂及一般屋頂的初設成本，與一般屋頂 差異在約 40%至三倍之間，變動範圍並不小。本研究針對一般薄層綠屋頂 及一般屋頂，依以下數個因子分析綠屋頂成本：

1. 初設成本: 一般屋頂主要包含保力龍、混凝土、油毛氈、水泥砂漿及 材料運輸與工資等。綠屋頂則主要包括植物、基質與厚度、排水與蓄 水層、防水層及材料運輸與工資等，本研究向已建置的國內案例及相 關廠商訪查這些成本資料。

2. 維護: 一般屋頂的維護檢視需求假設二種屋頂都相同，故未納入計 算。綠屋頂部分雖然國外文獻有維護成本資訊，但預期不適合於國 內，故未採用，依 Wong et al. (2003)，約半年或一年須維護一次。此 外，每個月亦須要巡視約二次(Wong et al., 2003)，加水或除草等，唯 本研究假設巡視由建築所有人負責，故未納入計算。

3. 更新: (1) 一般屋頂約 10 至 20 年需要更新（Clark et al., 2008; Porsche and Kohler, 2003; Kodstro and Ries, 2007），故本研究分為 10、15 及 20 年需更新一次。而綠屋頂則由於阻隔陽光紫外線及形成保護層降溫等

30 2011 年的範圍在-0.870-3.530%之間平均漲跌率為 1.350%，若依此二數 據計算，折現率範圍約在-0.110-6.250%之間，平均為 2.910%，而經濟

$83.78 Carter and Keeler (2008) +39% $167 Clark et al. (2008)

31

32

表 3.6 各國綠稅價格

國家 平均碳稅 (USD/ ton eCO₂)

法國 2001 年稅率 45.700

加拿大 2011 年稅率 25.000

芬蘭 1998 年稅率 61.800

挪威 1997 年稅率 34.400

瑞士 2000 年稅率 150.000

瑞典 1997 年稅率 39.220

德國 2000 年稅率 30.200

英國 2001 年稅率 19.200

丹麥 1999 年稅率 79.000

資料來源：黃 (96 年)

空污減量部分則利用台灣現有空氣污染防制費用、倪等(2007)所建立 單位污染減量成本(維護成本法)及單位損害成本估算空污之經濟效益，空 污費率及單位污染減量成本則如表 3.7 及表 3.8 所列，單位損害成本採用 林(96 年)之估算方法，計算所需之空污單位損害成本，較詳細計算方式介 紹介請參見附錄 B，作為空污減量之經濟效益。

表 3.7 固定污染源空污費費率

污染物種類 費率 (千元/公噸)

一、三級防制區 二級防制區

NO₂ 12 15

SO₂ 10 12

資料來源：行政院環保署環境資料庫(100 年)

33

表 3.8 單位污染減量成本

污染物種類 PM₁₀ SOx NOx

處理成本 (元/公噸) 37708 25013 25525 資料來源：倪等 (96 年)

截水部份，本研究以國外現行雨水下水道使用費 (Stormwater fee)及 國內雨水下水道單位建造成本估算截水之經濟效益，國外因設置綠屋頂的 雨水下水道使用費減收可分為兩種：原有的雨水逕流費可獲得 55%之優惠 及獲得額外之 Stormwater credit，第一部分採用美國華盛頓州目前現有之雨 水下水道使用費費率(0.0033 USD/m² year)(DDOE, 2011)，第二部份則依不 同建築用途，採用不同的 Stormwater credit (Carter and Keeler, 2008)，詳細 費率如表 3.9 所列。

表 3.9 不同建築用途之 Stormwater credit

建築用途 Stormwater credit (USD/m².year)

辦公大樓 0.04

住家 0.08

資料來源：Carter and Keeler (2008)

國內雨水下水道單位建造成本部分，依內政部營建署雨水下水道建設 資料，新竹市雨水下水道規劃總長度為 72.070km，目前已建設的長度為 40.940km，建設率為 58.4%(內政部營建署，100 年)，並規劃每年以 1km 的建設速度逐年完成，本研究利用新竹市現有雨水下水道圖資，將新竹市 雨水排水系統依渠道流域流向分區，最後以內政部營建署提供之國內雨水 下水道單位建造成本資料(內政部營建署，92 年)估算各區管線依各區尖峰 逕流減量百分比擴充所需增加的成本，亦即以因綠屋頂截水減少未來擴充 雨水下水道系統的成本作為評估其經濟效益之依據。

34

唯國內有些稅率還在研擬階段或尚未開徵，如雨水逕流費、綠稅等，

本研究雖仍會估算這些效益，但由於尚未開徵，此部分的效益值將另外統 計，並分別與綠屋頂及一般屋頂設置成本比較，作為國內城市綠屋頂規劃 與決策分析方法之重要參考依據。

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第四章 結果與討論

本研究以新竹市為研究對象分析城市推廣綠屋頂之成本效益，本章首 先簡介案例區，然後依前述研究流程與方法說明所得的結果，內容主要包 含城市綠屋頂面積估算、城市綠屋頂效益評估、城市綠屋頂成本概估、城 市綠屋頂成本效益分析等主題。以下一一說明之。

4.1 案例區及案例建築簡介

新竹市屬於台灣之西北部，位於台灣北部區域內，市內有新竹平原，

是新竹地區土地最肥沃之區，地形南高北低，由西北向東南遞增，土地總 面積為 104.1 平方公里，全市東西長 13.5 公里，南北寬 12 公里，海岸線 長 19.5 公里，市區內分為三個行政區：北區、東區及香山區。

近年因為氣候變遷，國內亦積極推廣節能之策略，國內曾建議民眾將 室內空調維持在 26℃至 28℃， ，而新竹市曾在 98 年 8 月 2 號曾發生 39.4 之高溫，依中央氣象局新竹測站資料，民國 99 年此區氣溫大於 26℃的天 數為 140 天，大於 28℃的天數則為 107 天，表 4.1 詳列新竹市十年間大於 26℃及 28℃的天數，資料顯示大於 26℃天數將近占了半年的天數；這些 日子的用電若能減少空調用量，預期可有效節能，表 4.2 所列為新竹巿近 年總用電量，新竹市 2010 年的用電量相較於 2009 年少了 14 百萬度電，

並在近年新竹市積極推動打造低碳樂活城，且以節能減碳為推動方向，可 見節能是目前新竹市極力推廣的政策之一。

36

表 4.1 新竹市近年氣溫大於 26℃及 28℃天數統計資料

年份 大於 26℃天數 大於 28℃天數

91 157 101

92 149 105

93 125 80

94 166 116

95 154 98

96 140 109

97 157 112

98 148 118

99 140 107

資料來源：中央氣象局新竹測站(100 年) 表 4.2 新竹市近年總用電量

年度 總用電量(度)

98 810,496,954

99 670,257,751

資料來源：環保署綠色生活網(100 年)

依中央氣象局資料新竹測站資料，在 1990 之前年均雨量約為 1,782.7 公厘，但因聖嬰現象及氣候變遷之影響，近年平均年雨量增至 1,850 公厘，

且大部分降雨集中在每年四月至九月，新竹市地勢為由東向西之走向，行 程大致由東向西之天然排水系統幹線，分別流向頭前溪、客雅溪、及鹽水 港溪匯流出海，依據「新竹市雨水下水道系統重新規劃報告」，區內劃分 成四個排水分區，另外亦有香山雨水下水道系統，其中第一排水分區面積 約為 470 公頃，第三分區約 605 公頃，此兩分區之地表逕流引入東門溝與 隆恩圳進入頭前溪，第二排水分區面積約 120 公頃，利用雷公圳進入客雅

37

溪，第四分區面積則約為 585 公頃，詳細排水分區如圖 4.1 所示，由於新 竹市位處新竹丘陵之西北邊緣，下游平原地區則因通水斷面狹窄，每逢豪 雨經常淹水，再加上科學園區之開發，使得地表儲蓄空間消失，洪峰暴雨 逕流增加，目前經濟部水利署規劃三姓溪、海水川溪及八股溪等三條水系 排水系統淹水整治計畫，表 4.3 列舉目前新竹市易淹水地區水患治理計畫 工程，圖 4.2 為目前新竹市水患治理計畫工程點，可見水患亦是新竹市需

溪，第四分區面積則約為 585 公頃，詳細排水分區如圖 4.1 所示，由於新 竹市位處新竹丘陵之西北邊緣，下游平原地區則因通水斷面狹窄，每逢豪 雨經常淹水，再加上科學園區之開發，使得地表儲蓄空間消失，洪峰暴雨 逕流增加，目前經濟部水利署規劃三姓溪、海水川溪及八股溪等三條水系 排水系統淹水整治計畫，表 4.3 列舉目前新竹市易淹水地區水患治理計畫 工程，圖 4.2 為目前新竹市水患治理計畫工程點，可見水患亦是新竹市需

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