國內外相關文獻回顧

本節有關國內外文獻之探討區分為屋頂綠化、雙層通風屋頂、冷屋頂與 PS 版隔 熱屋頂等之文獻分別進行文獻回顧。

過去國內外有關以綠化屋頂作為屋頂隔熱之研究眾多。屋頂綠化的實測方面：

(Liang and Huang 2011)分別在種有植株和沒有植株的屋頂，量測室外和室內的環境，

發現有植株的屋頂相較沒有種植的，在室外表面溫度低了 9.12℃(全天平均值)、在室 內空間的溫度則低了 1.22℃(全天平均值)，因此可以得知，屋頂綠化對於室外環境舒 適度的提升和節約室內空調用量，是很有貢獻的。而(Lin, Yu et al. 2013)探討台灣南北 二大氣候區應用薄層屋頂綠化對室內與戶外近表面之降溫效果，發現於南台灣熱帶氣 候區日間的降溫效果顯著，而屬於亞熱帶氣候區的台灣北部則於夜間有較佳之隔熱效 益。另外，(Karachaliou, Santamouris et al. 2016) 在希臘一處面積達 10,000m²之辦公建 築屋頂實施大規模的綠屋頂實驗(如圖 1-1)，使用 14 種不同的希臘原生香草作為綠屋 頂植栽。發現高葉面密度、低日照吸收率的植物，較能降低屋頂表面溫度，另外，低

圖 1-1 位於希臘的辦公建築屋頂綠屋頂試驗 (資料來源：Karachaliou, Santamouris et al. 2016)

而於屋頂綠化的建築節能模擬方面。Sailor 將 EnergyPlus 屋頂綠化的能量平衡模 型，和實測的數據進行整合和比對。模型主要包含了生長介質的特性(如熱傳係數、深 度等)和植物特性(如高度、葉面積指數等)，經過適當的變數設定進行模擬，和 Florida 屋頂綠化的實際觀測數據比較後，發現建築物能源使用與這些變數有顯著的關係，此 外，亦與建築物當地的氣候條件關係密切(Sailor 2008)。Theodosiou 為了研究屋頂綠化 的效率，結合已建立的模型和電腦的模擬工具，成為一套可以模擬屋頂綠化的方法，

在經過實際狀況的數據驗證後，進行了各變數對屋頂綠化的影響力分析。發現眾變數 中最重要的是葉片的密度，葉面積指數(LAI)即是能反映葉子密度的指數，越高代表有 越多的葉片能抵擋太陽輻射、也會有更旺盛的蒸散作用，因此能紓解屋頂的熱環境 (Theodosiou 2003)。Wong 等人(Wong, Chen et al. 2003, Wong, Cheong et al. 2003)，利用 DOE-2 模擬五層的商用建築，在其屋頂進行屋頂綠化，討論土壤厚度、土壤的含水量 和屋頂植栽種類這些變數，對年度能源消耗量的影響。最後得到的模擬結果顯示，在 這個模擬的案子中，在年度能源消耗量上可以節省 1-15%，而在屋頂熱傳導(RTTV, roof thermal transfer value)則可以減少 17-81%，另外，在植栽的選擇上，灌木的節能效果 為最佳，而介質則是選擇乾黏土為最佳。在薄層屋頂的植栽選擇部分，一份位於台灣 北部的調查研究(張采依 2012)，顯示在台北的綠屋頂使用現況中，植栽的選擇有垂盆 草(Sedum sarmentosum)、怡心草(Tripogandra cordifolia)、麒麟花(Euphorbia milii)、芳 香萬壽菊(Tagetes lemmonii)、松葉景天(Sedum mexicanum)、小花馬齒牡丹(Portulaca oleracea)和小松葉牡丹(Portulaca gilliesii)、藍星花(Evolvulus nuttallianus)、台北草 (Zoysia matrella)以及黃金萬年草(Sedum acre)等。然而，上述的植物在不同的季節與應

用策略上有不同的節能表現，且維護成本亦不盡相同。綜合氣候、維護成本與節能效 益等考量，此研究指出於台灣北部的薄層綠屋頂綠化之植栽選擇，應選用耐熱、耐旱 之植物種類，並搭配育苗、馴化和灌溉系統，以降低維護管理成本。亦有一份於高雄 的研究(林怡君 2012)，以一棟位於校園內的四層樓建築之屋頂做薄層屋頂節能效益研 究，針對四個栽培介質、三種灌溉頻率以及四種 CAM 植物作為分析對象(如圖 1-2)，

研究結果顯示使用燒結淤泥、灌溉頻率以夏季一週一次與冬季一週兩次為佳，植栽部 分亦建議選擇耐熱與耐旱植物，以達到最佳節能效益與較低的維護管理成本。而(余文 元 2013)於臺灣大學應用兩個全尺度實驗屋進行室內植栽牆對室內溫熱環境及空調節 能效益之研究，在僅有二組實驗屋的情況下，同一時間僅能進行一組實驗(如圖 1-3)。

因此有必要透過六組實驗屋以同步進行本研究所欲探討之五種屋頂隔熱技術之比較。

圖 1-2 位於高雄的薄層綠屋頂實驗 (資料來源：林怡君 2012)

圖 1-3 臺大生物環境系統工程系實驗屋 (資料來源：余文元 2013)

此外，另一篇於台灣以直交表實驗計畫法針對植草屋頂之植草種類、覆土深度與 覆土介質進行其當量熱阻之實驗，以建立植草薄層綠化屋頂之熱阻，作為計算屋頂構 造整體熱傳透率之依據。以使植草屋頂構造可納入現行綠建築之建築外殼耗能指標 (ENVLOAD)計算。實驗結果發現，在覆土 6cm 至 18cm，採用介質為泥炭土、一般砂 土、砂土與珍珠石混合三種介質，以及台北草、地毯草與玉龍草三種植草種類，在 3cm 珍珠石排水層下，其平均當量熱阻為 0.127 (m²K/W)。若應用於熱傳透率為 0.99 之五 腳磚隔熱屋頂時，可增加隔熱性能約 11.2%。(黃國倉 2010)

在雙層屋頂通風方面，游立偉以實驗裝置進行實體改善及戶外模型兩項試驗(游立 偉 2004)，分別針對構造施作前後與其不同型態之組合模式，進行建築物理環境參數

（包括溫度、風速、溼度、熱流與太陽輻射強度等）之實測，了解其隔熱表現並據以 進行隔熱性能之評估。實驗結果發現建築物的屋頂外殼若只有 RC 結構體時，其隔熱 性能不佳。而應用此研究所設計提出平屋頂形式之雙層通風屋頂構造，能移除相當程 度經屋頂面所吸收之太陽輻射熱量，有助於提升整體屋頂構造之隔熱性能。在全白晝 時段中，通過雙層 RC 屋頂之熱傳透量可降至原有 RC 裸面的 11%，同時，在室內冷 房負荷最大的時段中，雙層 RC 屋頂之熱傳透量亦僅為 RC 裸面的 16%。

葉仲哲於高雄第一科技大學實測雙層屋頂組合板之隔熱效能(葉仲哲 2014)，並以 田口實驗設計法，設置 27 組不同的屋頂配置組合，實驗不同因子水準的組合對於熱能

傳導的影響。實驗結果顯示，隔熱厚度、表面性質、空氣層氣密性對室內外溫差影響 顯著，且上層屋頂之反射率亦會影響屋頂層熱流。結果分析呈現，中間空氣層分別為 7 公分、10 公分及 13 公分時，室內外平均溫差分別為 1.63℃、1.54℃與 1.76℃。而所 有實驗組合與單層屋頂對照，平均可降低室內溫度達 3.43℃ (如圖 1-4)。

圖 1-4 一篇於高雄的雙層屋頂研究實驗配置 (資料來源：葉仲哲 2014)

在冷屋頂方面，根據美國冷屋頂性能評估協會(Cool Roof Rating Council, CRRC) 的資料，設置冷屋頂能降低 7-15%的平均空調冷房成本。冷屋頂的節能效率與建築物 方位、屋頂傾斜角度、組成材料種類、施作工法以及氣候有相當大的關連性。其中，

對於氣候因素而言，在高緯度寒帶國家，雖然冷屋頂能有效地降地夏季冷房負荷，但 是在冬季時卻是會相對增加暖房負荷。冷屋頂的優點包含可降低屋面表面溫度、能節 省建築耗能、增加室內人員熱舒適度等。一篇位於熱帶地區新加坡的研究(Tong, Li et al.

2014)，應用傅立葉轉換法建立屋頂熱傳透之解析公式並與一真實之屋頂實測比對驗證 (如圖 1-5)，該研究透過敏感度分析發現屋頂日射反射率每增加 10%，通風屋頂比無 通風雙層屋頂之室內熱取得減少約 11%，此外具通風之雙層屋頂與 2.5cm EPS 隔熱層 亦比無通風屋頂分別減少 42%與 68%之熱傳透量(如圖 1-6)。

圖 1-5 新加坡以一真實屋頂進行與熱傳模式之比對 (資料來源：Tong, Li et al. 2014)

圖 1-6 屋面反射率、雙層屋頂有無通風與屋頂總熱阻對室內熱取得之影響 (資料來源：Tong, Li et al. 2014)

同樣在新加坡所進行的冷屋頂與雙層屋頂節能效益之模擬研究(Zingre, Wan et al.

2015)，發現雙層屋頂在白天有著相當好的節能效果，每日平均可以減少 0.21 kWh/m²

的熱取得，且在晴天時能降低室內溫度約 2.4℃。同時，提出冷屋頂熱轉換模型 (cool roof heat transfer, CRHT) 用以評估冷屋頂與雙層屋頂之節能效益，發現冷屋頂與雙層 屋頂之節能效果相當，若將兩者結合，可以進一步降低雙層屋頂的表面溫度約 14.7℃，

如圖 1-7。

圖 1-7 一般雙層屋頂與結合冷屋頂之雙層屋頂之實驗配置 (資料來源：Zingre, Wan et al. 2015)

而國內(周鼎金、邱繼哲 2007)亦曾藉由實測一棟雙層屋頂案例於改造前後之差異 探討雙層屋頂之節能效益，然而礙於改造前後時間上之差異，氣候上無法同步，如圖 1-8。

圖 1-8 國內雙層通風屋頂之實測研究 (資料來源：周鼎金、邱繼哲 2007)

在希臘，(Dimoudi, Androutsopoulos et al. 2006)應用全尺度實驗屋進行通風屋頂與 一般屋頂之實測比較(如圖 1-9)，發現通風屋頂對於節能而言適合應用於地中海氣候區，

同時也發現在通風屋頂空氣層內襯輻射反射塗層時，於白天有助於減少室內熱取得，

但相反的由於其亦阻礙了建築物向外的散熱性能，於夜間反而不利於節能。

圖 1-9 一篇希臘針對通風屋頂之實測研究配置 (資料來源：Dimoudi, Androutsopoulos et al. 2006)

而根據歐洲建築能源指標(European Directive)，許多歐洲國家都致力於發展低能耗 建築，尤其是位於有較高日射取得地區的國家，如義大利。(Gagliano, Patania et al. 2012) 在研究中指出，夏季時，於屋頂增加流動空氣層作為太陽輻射屏障，能夠顯著降低屋 頂熱流量，根據不同的通風設備配置，平均可以降低約 50%之熱流量(如圖 1-10)。

圖 1-10 一篇於義大利的屋頂流動空氣層研究 (資料來源：Gagliano, Patania et al. 2012)

亞洲地區的自然通風屋頂研究(Susanti, Homma et al. 2011)，利用日本的氣候資料，

探討單層屋頂與通風屋頂的熱負荷差異性。結果顯示，若工廠中設置自然通風屋頂，

可較單層屋頂建築降低 4.4℃之室內操作溫度或提高 7.6℃的空調恆定溫度；若在夏季

使用相同的空調起停溫度 26℃，則自然通風屋頂能夠降低 50%之空調負荷量。說明通 風屋頂能有效節省因屋頂熱負荷造成之能源支出(如圖 1-11)。

圖 1-11 不同屋頂配置對室內溫度與冷房負荷之影響 (資料來源：Susanti, Homma et al. 2011)

冷屋頂在過去諸多文獻上已被證實可降低室內之熱取得以達節能之目的(Simpson and McPherson 1997, Akbari, Levinson et al. 2005, Xu, Sathaye et al. 2012, Virk, Jansz et al. 2015)，對應用自然通風之建築而言可提升室內熱舒適減少室內過熱情形之發生 (Virk, Jansz et al. 2014)。

(Yew, Ramli Sulong et al. 2013)於馬來西亞研究流動通風管(moving-air-cavity, MAC)與隔熱塗層(thermal insulation coating, TIC)對閣樓降溫之影響(如圖 1-12)。研究 分別測試一般屋頂、冷屋頂(使用 TIC)以及混和使用 MAC 與 TIC 之屋頂，結果顯示於 屋頂表層施用 TIC 之冷屋頂能有效降低屋頂表面溫度，並進一步發現在室外溫度 27.5

(Yew, Ramli Sulong et al. 2013)於馬來西亞研究流動通風管(moving-air-cavity, MAC)與隔熱塗層(thermal insulation coating, TIC)對閣樓降溫之影響(如圖 1-12)。研究 分別測試一般屋頂、冷屋頂(使用 TIC)以及混和使用 MAC 與 TIC 之屋頂，結果顯示於 屋頂表層施用 TIC 之冷屋頂能有效降低屋頂表面溫度，並進一步發現在室外溫度 27.5