第四章 建築外殼耗能管制績效評估
第二節 電腦模擬計算與原送審案例計算結果之差別分析
受限於法令規定，建築物節能計算書的影印均須經過層層程序申 請，頗為繁複。在資料取得不易之情況下，今引用辦公廳、百貨商場 及醫院類等各具代表性建築做分析比較，得其比較結果如下表所示：
表 4-1. 電腦模擬計算與原送審案例計算結果之差別比較 原計算
結果
BEEP 執行 結果
原計算 結果
BEEP 執行結果 辦公廳1 101.2 138.4 百貨商場 1 291.02 280.94 辦公廳 2 86.63 155.17 百貨商場 2 234.31 265.94 辦公廳3 65.66 64.84 百貨商場 3 254 257.23 辦公廳4 77.91 77.98 百貨商場 4 147.87 155.26 辦公廳5 64.35 63.71 百貨商場 5 181.21 189.32 辦公廳6 56.15 45.6 醫院 1 53.03 163.19 辦公廳7 79.69 80.04 醫院 2 166.17 152.56 辦公廳8 63.5 65.25
辦公廳9 54.35 54.91 辦公廳10 35.11 63.41
單位：KWh/m2-fl-area⋅yr
在辦公廳 2 案例中，原計算結果為 86.63 KWh/m2-fl-area⋅yr，但是在 經過BEEP 檢測結果後，發現其值高達 155.17 KWh/m2-fl-area⋅yr，遠超過 法規規範的 110 KWh/m2-fl-area⋅yr。究其原因，在於原計算過程，當做 分母的外周區空調樓地板面積是以空調總樓地板面積計算，即原不應
列入計算的內周區空調樓地板面積亦併入計算，使與內周區空調樓地 板 面 積 相 近 的 外 周 區 空 調 樓 地 板 面 積 頓 時 增 加 為 兩 倍 ， 因 此 其 ENVLOAD 值亦相對地縮減為應當表現值(BEEP 執行結果)的二分之一。
在辦公廳 10 案例中，原計算結果為 35.11 KWh/m2-fl-area⋅yr，在經 過BEEP 重新計算後，其值增加近倍達到 63.41 KWh/m2-fl-area⋅yr.。分析 其原因，在於玻璃之冷房用外遮陽日射透過率修正係數Ki，在無外遮 陽時 Ki 值應為 1，然而原設計在無外遮陽時，竟設為 0，致使 Mk 值 大幅減少，影響ENVLOAD 值甚鉅。
而在醫院 1 案例中，原計算結果為 53.03 KWh/m2-fl-area⋅yr，在經過 BEEP 重新檢測後，其值暴漲三倍達 163.19 KWh/m2-fl-area⋅yr.。檢視其原 因，除了因為手算的誤差外，另外DH、IH 與 G 等需查表之常數，其 查詢資料較為老舊，且當時我國對於醫院類之計算式及查詢表格均尚 未完成，因此以旅館類代替，而造成如此巨幅誤差。
在百貨商場 2 案例中，原計算結果為 234.31 KWh/m2-fl-area⋅yr，而 在經過BEEP 重新計算後，其值則略為上漲達 265.94 KWh/m2-fl-area⋅yr。
細究其原因，在於原計算書中並未附有外遮陽，然而其外遮陽日射透 過率Ki 卻不為 1，而在 0.44∼0.61 間，因此原計算出來的結果比 BEEP 計算( Ki= 1 )之結果為小。由此亦可得到，設置外遮陽之建築應能大幅 降低建築外殼耗能量值。
由以上例子可見，雖然建築節能法令已頒布多年，建築師亦配合 力求為國內建築節約能源盡分心力，但或許是法令未能廣為宣傳，或 是建築師在計算時引用資料過於老舊，或是建築師建築外殼耗能計算 未能融會貫通，因而出現原案例計算結果與「BEEP」模擬計算結果差 距過大的情形。
第三節 ENVLOAD 之靈敏度分析
靈敏度分析(Sensitivity Analysis)是設計工作者的一項有力工具，當 設計需要改變時，靈敏度分析的結果可幫助設計工作者做最有效率的 改變，為最佳化設計的基礎。
在現行建築外殼耗能量 ENVLOAD 的計算公式中：
ENVLOAD = a0 + a1 × G + a2 × L × DH + a3 × ( ∑Mk × IHk ) (2) 其中，ENVLOAD：建築外殼耗能量[KWh/m2-fl-area⋅yr]
G：全年室內發散熱量[KWh/m2-fl-area⋅yr]
L：外殼熱損失係數[W/m2-fl-area⋅K]
DH：當地之“冷房度時”[K⋅h/yr]
Mk：k 方位外殼面的日射取得係數[−]
IHk：當地 k 外殼面之“冷房日射時”[KWh/m2⋅yr]
a0、a1、a2、a3：常數
式中的 DH、IH 與 G 均為常數，可由規範中查得。因此，在節能 設計時，會影響到ENVLOAD 值的為「外殼隔熱變數 L」與「日射遮蔽 因素M」兩項係數。而公式中的兩項變數 L×DH、Mk×Ihk 分別代表「內 外溫差熱得」與「日射熱得」的熱負荷變數，亦即建築外殼的節能設 計是在控制外殼的「隔熱性能」(溫差熱得)和「遮陽性能」(日射熱得)。
因此建築設計者只要調整方位、開口、玻璃、隔熱、遮陽等外殼變數 以滿足上式的要求。
在此，我們以高雄某 K 醫院為研究對象，改變其外遮陽深度(改 變 Ki)、玻璃材質(改變 Ui、ηi)、外牆材質(改變 Ui)，以獲得此三項設 計變數對ENVLOAD 值的影響程度。其原始 ENVLOAD 計算基本資料如 表4-2∼表 4-7 所示。
表 4-2. K 醫院外周區空調樓地板面積 Afp，AFp 計算表 樓層 外周區空調總樓地板面積 Afp
6F 1544.71 7F∼10F 1493.11×4
11F∼13F 1399.68×3 15F∼19F 1399.68×5
20F 2490.69 合計 Afp = 21205.28 m2-fl-area
表 4-4. K 醫院建築外殼開口部玻璃傳透熱，日射透過率修正計算表 構造編號 構造名稱 厚度 熱傳透率 Ui 日射透過率ηi
P06 透明平板玻璃 6 mm 6.16 0.84
方位 外遮陽型式 窗寬 X1 遮陽深 X2 tanθ
=X1/X2
Ki
南 格子 G11 180.0 35.0 5.14 0.62 西 格子 G11 180.0 35.0 5.14 0.70 北 格子 G11 180.0 35.0 5.14 0.67 東 格子 G11 180.0 35.0 5.14 0.69
方位 構造代號 Ui 面積Ai Ui×Ai Ki ηi Ki×ηi×Ai 南 P06 6.16 1456.7 8973.34 0.62 0.84 758.66 西 P06 6.16 791.4 4875.21 0.70 0.84 465.36 北 P06 6.16 1574.9 9701.45 0.67 0.84 886.36 東 P06 6.16 867.6 5344.22 0.69 0.84 502.84
表 4-5. K 醫院建築物外殼實牆部傳透熱計算表 方位 構造代號 Ui 面積Ai Ui×Ai
南 W006 1.98 6724.73 13314.97 西 W006 1.98 4355.91 8624.70 北 W006 1.98 6809.85 13483.50 東 W006 1.98 4355.17 8623.24 水平 KSM 0.81 2490.69 2017.46
表 4-6. K 醫院外殼日射取得係數 Mk、外殼熱損失係數 L 方位 開口部
(空調區)
實牆部 (空調區)
日射取得係數 Mk
日射時 IHk
日射取得量 Mk×IHk 南 758.66 13314.97 0.0578 531456 30718.16 西 465.36 8624.70 0.0362 609358 22058.76 北 886.36 13483.50 0.0641 312306 20018.81 東 502.84 8623.24 0.0379 504922 19136.54 水平 2017.46 0.0033 1264785 4173.79
L = 6.01 ∑Mk×IHk = 96106.06
表 4-7. K 醫院建築物外殼耗能量 ENVLOAD 計算表
a0 a1 G a2 L DH a3 Mk×IHk -20947 0.250 296635.9 -0.054 6.01 26547 1.127 96106
ENVLOAD = a0 + a1×G + a2×L×DH + a3×( ∑Mk×IHk ) = 152.56 KWh/m2-fl-area⋅yr
研究一. 遮陽板深度由 35cm 改為 70cm
研究一之靈敏度分析旨在探討外遮陽深度對 ENVLOAD 值之影 響。當遮陽板寬度 X1(180cm)固定，而深度 X2 由 35cm 增加一倍為 X2’=70cm 時，其冷房日射透過率修正係數 Ki 則改變如下：
方位 窗寬 X1 遮陽深 南 758.66 13314.97 0.0578 531456 30718.16 西 465.36 8624.70 0.0362 609358 22058.76 北 886.36 13483.50 0.0641 312306 20018.81 東 502.84 8623.24 0.0379 504922 19136.54
水平 2017.46 0.0033 1264785 4173.79 L = 6.01 ∑Mk×IHk = 96106.06
表 4-9. 外殼日射取得係數 Mk (X2’=70cm) 方位 開口部
(X2=70cm)
實牆部 (空調區)
日射取得係數 Mk
日射時Ihk 日射取得量 Mk×IHk 南 575.11 13314.97 0.0491 531456 26093.35 西 325.74 8624.70 0.0296 609358 18034.93 北 515.94 13483.50 0.0466 312306 14548.99 東 349.82 8623.24 0.0307 504922 15516.14 水平 2017.46 0.0033 1264785 4211.59
L = 6.01 ∑Mk×IHk = 78405.00
最 後 ， ENVLOAD 值 由 152.56 KWh/m2-fl-area⋅yr 降 低 為 131.61 KWh/m2-fl-area⋅yr，可見遮陽板由 35cm 加深至 70cm 時，將會對 ENVLOAD 值的降低有極大的助益。
研究二. 無外遮陽，遮陽板深度由 35cm 改為 0cm
研究二之靈敏度分析旨在探討裝設外遮陽與否對 ENVLOAD 值之 影響。當建築物無外遮陽時，其冷房日射透過率修正係數 Ki’值將為 1.0。此時，建築物外殼開口部玻璃傳透熱將改變如下：
方位 面積 Ai ηi Ki Ki×ηi×Ai Ki’ Ki’×ηi×Ai 南 1456.7 0.84 0.62 758.66 1.0 1223.63 西 791.4 0.84 0.70 465.36 1.0 664.78
北 1574.9 0.84 0.67 886.36 1.0 1322.92 東 867.6 0.84 0.69 502.84 1.0 728.78
因此，外殼日射取得量∑Mk×IHk 將改變為表 4-10 所示：
表 4-10. 外殼日射取得係數 Mk (無外遮陽) 方位 開口部
(無外遮陽)
實牆部 (空調區)
日射取得係數 Mk
日射時 IHk
日射取得量 Mk×IHk 南 1223.63 13314.97 0.0797 531456 42346.85 西 664.78 8624.70 0.0456 609358 27777.64 北 1322.92 13483.50 0.0846 312306 26433.99 東 728.78 8623.24 0.0486 504922 24539.61 水平 2017.46 0.0033 1264785 4211.59
L = 6.01 ∑Mk×IHk =125309.66
最後，ENVLOAD 值將由 152.56 KWh/m2-fl-area⋅yr 增加至 185.44 KWh/m2-fl-area⋅yr，顯見當建築物無外遮陽板( Ki = 1.0 )時，將會大幅提 升ENVLOAD 值，浪費能源的消耗。
研究三. 將玻璃由單層平板玻璃換為雙層吸熱熱反射玻璃
研究三之靈敏度分析旨在探討改變玻璃材質( Ui、ηi)對 ENVLOAD 值之影響。當玻璃由單層平板玻璃換為雙層吸熱熱反射玻璃時，Ui 值及ηi值改變如下：
構造名稱 厚度 熱傳透率Ui 日射透過率ηi
透明平板玻璃 6 mm 6.16 0.84
雙層吸熱熱反射玻璃 12mm 2.9 0.31
此時，建築物外殼開口部玻璃傳透熱由如表 4-11 所示改變為表 4-12 所示：
表 4-11. 外殼開口部玻璃傳透熱 (透明平板玻璃)
方位 Ui 面積Ai Ui×Ai Ki ηi Ki×ηi×Ai 南 6.16 1456.7 8973.34 0.62 0.84 758.66 西 6.16 791.4 4875.21 0.70 0.84 465.36 北 6.16 1574.9 9701.45 0.67 0.84 886.36 東 6.16 867.6 5344.22 0.69 0.84 502.84
表 4-12. 外殼開口部玻璃傳透熱 (雙層吸熱熱反射玻璃) 方位 Ui 面積Ai Ui×Ai Ki ηi Ki×ηi×Ai
南 2.9 1456.7 4224.43 0.62 0.31 279.98 西 2.9 791.4 2295.06 0.70 0.31 171.73 北 2.9 1574.9 4567.21 0.67 0.31 327.11 東 2.9 867.6 2516.04 0.69 0.31 185.58
因此，外殼日射取得量∑Mk×IHk 亦由如表 4-13 所示改變為表 4-14 所示：
表 4-13. 外殼日射取得係數 Mk (透明平板玻璃) 南 758.66 13314.97 0.0578 531456 30718.16 西 465.36 8624.70 0.0362 609358 22058.76 北 886.36 13483.50 0.0641 312306 20018.81 東 502.84 8623.24 0.0379 504922 19136.54 南 279.98 13314.97 0.0352 531456 18696.68 西 171.73 8624.70 0.0223 609358 13609.28 北 327.11 13483.50 0.0377 312306 11767.95 東 185.58 8623.24 0.0230 504922 11605.39 水平 2017.46 0.0033 1264785 4211.59
L = 6.01 ∑Mk×IHk = 59890.89
最 後 ， ENVLOAD 值 由 152.56 KWh/m2-fl-area⋅yr 降 低 為 115.36 KWh/m2-fl-area⋅yr，顯見將玻璃由單層平板玻璃換為雙層吸熱熱反射玻 璃時，會大幅減少熱傳透率Ui 及日射透過率ηi值，而對 ENVLOAD 值 的降低有不小的助益。
研究四. 將玻璃由單層平板玻璃換為雙層附百葉平板玻璃
研究四同研究三，旨在探討改變玻璃材質( Ui、ηi)對 ENVLOAD 值 之影響，只是材質改為較為一般常用之玻璃。當玻璃由單層平板玻璃 換為雙層附百葉平板玻璃時，Ui 值及ηi值改變如下：
構造名稱 厚度 熱傳透率Ui 日射透過率ηi
透明平板玻璃 6 mm 6.16 0.84
雙層附百葉平板玻璃 12mm 3.42 0.54
此時，建築物外殼開口部玻璃傳透熱由原本表 4-15 所示改變為表 4-16 所示：
表 4-15. 外殼開口部玻璃傳透熱 (透明平板玻璃)
方位 Ui 面積Ai Ui×Ai Ki ηi Ki×ηi×Ai 南 6.16 1456.7 8973.34 0.62 0.84 758.66 西 6.16 791.4 4875.21 0.70 0.84 465.36 北 6.16 1574.9 9701.45 0.67 0.84 886.36 東 6.16 867.6 5344.22 0.69 0.84 502.84
表 4-16. 外殼開口部玻璃傳透熱 (雙層附百葉平板玻璃) 方位 Ui 面積Ai Ui×Ai Ki ηi Ki×ηi×Ai
南 3.42 1456.7 4981.914 0.62 0.54 487.70 西 3.42 791.4 2706.588 0.70 0.54 299.15 北 3.42 1574.9 5386.158 0.67 0.54 569.80
東 3.42 867.6 2967.192 0.69 0.54 323.27 南 758.66 13314.97 0.0578 531456 30718.16 西 465.36 8624.70 0.0362 609358 22058.76 北 886.36 13483.50 0.0641 312306 20018.81 東 502.84 8623.24 0.0379 504922 19136.54
KWh/m2-fl-area⋅yr。可見將玻璃由單層平板玻璃換為雙層附百葉平板玻 璃，略為降低熱傳透率Ui 及日射透過率ηi值，會對 ENVLOAD 值的降 低有不小助益。
研究五. 將外牆 Ui 值由 1.98 改為 3.78W/m
2⋅K
研究五之靈敏度分析旨在探討改變外牆材質( Ui )對 ENVLOAD 值 之影響。當屋頂( Ui 值= 0.81 )固定不變，僅改變外牆 Ui 值由 Ui = 1.98 改為Ui’ = 3.78 時，其外殼實牆部傳透熱改變如下：
方位 Ui 面積Ai Ui×Ai Ui’ 面積 Ai Ui’×Ai
南 1.98 6724.73 13314.97 3.78 6724.73 25419.48 西 1.98 4355.91 8624.70 3.78 4355.91 16465.34 北 1.98 6809.85 13483.50 3.78 6809.85 25741.23 東 1.98 4355.17 8623.24 3.78 4355.17 16462.54 水平 0.81 2490.69 2017.46 0.81 2490.69 2017.46
因此，外殼日射取得量∑Mk×IHk 亦由原先表 4-19 所示改變為表 4-20 所示：
表 4-19. 外殼日射取得係數 Mk ( Ui = 1.98 ) 方位 開口部
(空調區)
實牆部 (空調區)
日射取得係數 Mk
日射時 IHk
日射取得量 Mk×IHk 南 758.66 13314.97 0.0578 531456 30718.16 西 465.36 8624.70 0.0362 609358 22058.76
北 886.36 13483.50 0.0641 312306 20018.81 東 502.84 8623.24 0.0379 504922 19136.54 水平 2017.46 0.0033 1264785 4173.79
L = 6.01 ∑Mk×IHk = 96106.06
表 4-20. 外殼日射取得係數 Mk ( Ui = 3.78 ) 方位 開口部
(空調區)
實牆部 (空調區)
日射取得係數 Mk
日射時 IHk
日射取得量 Mk×IHk 南 758.66 25419.48 0.0777 531456 41311.46 西 465.36 16465.34 0.0491 609358 29932.92 北 886.36 25741.23 0.0843 312306 26322.95 東 502.84 16462.54 0.0509 504922 25692.91 水平 2017.46 0.0033 1264785 4211.59
L = 6.01 ∑Mk×IHk = 127471.83
最 後 ， ENVLOAD 值 由 152.56 KWh/m2-fl-area⋅yr 上 升 為 179.89 KWh/m2-fl-area⋅yr，顯示改變外牆材質，使其 Ui 值由 Ui = 1.98 改為 Ui’ = 3.78 值，將影響外殼節能效果，增加其ENVLOAD 值。
研究六. 將外牆 Ui 值由 1.98 改為 0.71W/m
2⋅K
研究六同研究五，旨在探討改變外牆材質( Ui )對 ENVLOAD 值之 影響。當屋頂(Ui 值=0.81)固定不變，僅改變外牆 Ui 值由 Ui = 1.98 改為 Ui’ = 0.71 時，其外殼實牆部傳透熱改變如下：
方位 Ui 面積Ai Ui×Ai Ui’ 面積 Ai Ui’×Ai
南 1.98 6724.73 13314.97 0.71 6724.73 4774.56 南 758.66 13314.97 0.0578 531456 30718.16 西 465.36 8624.70 0.0362 609358 22058.76 北 886.36 13483.50 0.0641 312306 20018.81 東 502.84 8623.24 0.0379 504922 19136.54
水平 2017.46 0.0033 1264785 4211.59 L = 6.01 ∑Mk×IHk = 74044.41
最 後 ， ENVLOAD 值 由 152.56 KWh/m2-fl-area⋅yr 降 低 至 134.61 KWh/m2-fl-area⋅yr，改變外牆 Ui 值由 Ui = 1.98 改為 Ui’ = 0.71，可提升外 殼節能效果，使ENVLOAD 值降低 17.95 KWh/m2-fl-area⋅yr。
以上六項靈敏度分析研究旨在探討，改變建築物之外遮陽深度、
玻璃材質、外牆材質此三項設計變數對 ENVLOAD 值的影響程度。今 將研究比較成果整理得下表：
表 4-23. K 醫院 ENVLOAD 值靈敏度分析比較結果
遮陽板深度 玻璃 Ui 值(W/m2·K)及ηi值變化 基本 30cm→70cm Ui：6.16→2.9
ηi：0.84→0.31
Ui：6.16→3.42 ηi：0.84→0.54 ENVLOAD 152.56 131.61 115.36 132.42
效益 – - 20.95 - 37.2 20.14
外牆 Ui 值(W/m2·K)變化 遮陽板深度 基本
1.98→3.78 1.98→0.71 30cm→0cm ENVLOAD 152.56 179.89 134.61 185.44
效益 – + 27.33 - 17.95 + 32.88
單位：KWh/m2-fl-area⋅yr
在 ENVLOAD 計算式中，由於日射量變數 IHk 遠大於溫度變數 DH，
因此建築外殼的遮蔽變數 M 對 ENVLOAD 的影響力，顯然遠比隔熱變 數 L 來得大。而良好的遮陽(降低 Ki 值)及良好的玻璃(降低ηi值)，正
是影響遮蔽變數M 的重要參數。
在 K 醫院 ENVLOAD 值靈敏度分析比較結果中，我們可以得到印 證：在一切條件不改變的情況，當玻璃日射透過率ηi由 0.84 降到 0.31 時，ENVLOAD 值可降低 37.2 KWh/m2-fl-area⋅yr 之多；而將遮陽板移除，
冷房日射透過率修正係數Ki’值將為 1.0，此時 ENVLOAD 值將會大幅提 升32.88 KWh/m2-fl-area⋅yr。
第四節 小結
在台北、高雄、台中市節能管制建築實際附建築節能計算書案例 中，絕大多數建築物之外殼耗能量 ENVLOAD 值均能設計在法令規範 之基準值內，為國內建築節能盡份心力；然仍有少數建築案例之 ENVLOAD 值超出基準值，屬於不良節能建築，而另有些案例則是在經
在台北、高雄、台中市節能管制建築實際附建築節能計算書案例 中，絕大多數建築物之外殼耗能量 ENVLOAD 值均能設計在法令規範 之基準值內，為國內建築節能盡份心力；然仍有少數建築案例之 ENVLOAD 值超出基準值，屬於不良節能建築，而另有些案例則是在經