外殼節能

建築物外殼分隔了室內和室外環境，它包括地基、屋頂、牆壁、門和窗 等。建築物外殼可作為一個隔熱層，它在調節室內溫度發揮了重要作用，並 且決定維持室內舒適溫度所需要的能量。降低外殼的傳熱量可有效地減少室 內熱負荷和冷負荷。在熱帶氣候地區，建築物外殼可以減少供冷的能耗; 而 在寒冷地區，建築物外殼又可以減少供熱的能耗，建築物外殼對照明和空調 系統的能耗有很大影響，因此改善建築物外殼可以減少新建或現有住宅及商 業大廈的能耗和溫室氣體排放。一般而言，空調負荷之組成主要分為三大部 分：建築物之外殼、外氣量、室內發散熱，其於空調負荷量中約各占三分之 一，由此可見，建築設計者於規劃設計之初所能輕易掌握之建築物外殼形式，

可大致決定建築物之耗能與否。因此，而影響建築耗能之外殼設計因素，也 成為所有建築設計者掌握建築節能設計時之重要參考依據。

有鑑於外殼節能的重要性，我國「建築外殼節能設計法」在 1995 年第 一次被納入「建築技術規則」，於 1998 年第二次修正，2002 年 6 月第三次修 正，全面更新基準與規範，2003 年 9 月第四次修正，不但將法令全文歸併於 建築技術規則新增訂之「綠建築專章」以凸顯其重要性，更針對 ENVLOAD 計 算提供更為精簡的演算法。2008 年再度修正建築節能設計法規，強化屋頂隔 熱與天窗遮陽規定、擴大大型空間建築的管制範圍，我國建築節能設計基準

如表 4-22 所示。其中有關建築外殼隔熱水準之規定為屋頂平均熱傳透率 Uar

4.3.1 外殼節能影響變數

與外殼節能建材隔熱性能相關的三個參數分別是熱導係數（k）、熱阻 係數（R）、熱傳透率（U）。概述如下：

1.熱導係數k：

在熱力學、機械工程與化學工程中，熱傳導係數是用來計算熱傳導的，

主要是對流的熱傳導或流體與固體之間相態變換的熱傳導，其定義為在單位 溫差下﹐單位時間通過單位面積單位距離的熱量﹐稱為該物質之熱傳導係數﹐

若以厚度L之物質量測﹐則量測值要乘以L﹐所得之值是為熱傳導係數﹐通常 記成k，單位為：W/m‧k。綠建築標張設計之熱阻詳表4-23所示。

2.熱阻係數R：

為熱導係數之倒數，熱阻係數一般表示為1/kx，其單位為：m.K/W。

該係數乘材料厚度即為材料熱阻，熱阻一般表示為R，單位為(㎡.K) / W。例 如矽酸鈣板 之熱導係數為0.15，熱阻係數為1/0.15，若使用2.5公分之石膏 板則其熱阻為0.025×（1/0.15）＝0.17。綠建築標張設計之熱阻詳表4-24所 示。

3.熱傳透率（U）：

熱阻之倒數即為熱傳透率（U），其單位為W/(㎡.K)。所謂的平均熱傳透 率Uar與Uaw，指建築物外殼構造當室內外溫差在1K時，單位建築物外殼面 積在單位時間內之傳透熱量。也代表屋頂及立面外殼的溫差熱取得。規定 Uar(屋頂平均熱傳透率)及Uaw(外牆平均熱傳透率)的目的在於維持建築 外殼最基本的隔熱水準。以住宿類建築為例，2002年屋頂的Uar基準值由 1.5強化為1.2 [W / (m2．K)]，相當於15 cm RC樓版、油毛氈防水層外加 內附保力龍隔熱層之水泥五腳磚的屋頂構造，或是1.5 mm彩色鋼版內加10 mm PU 保溫層及鋁箔處理的屋頂構造。此屋頂隔熱水準為1.2 （W / (m2．

K)）之規定，並非特別嚴格之基準。故至2009年建築技術規則又將屋頂熱 傳透率提高至1 W / (m2．K)，至於外牆的Uar基準值3. 5 (W / (m2．K) 未能在強化要求之原因，在於它是國內最普遍、最常用的一般外牆構造水 準。相當於15 cm RC外牆、外貼磁磚的外牆構造。

表4-22 建材熱導係數 (綠建築標章計算資料)

分 材 料 名 稱 密度ρ 熱導係數k

類 [kg/m3] 濕潤80%[W/m‧k]

杉、檜木 (輕量材) 330 0.13 松、橡木 (中量材) 480 0.17 木 柳安木、柚木、紅木 (重量材) 557 0.2

材 合板 550 0.18

鋸木屑 200 0.093

絲狀木屑 130 0.088

炭化軟木板 240 0.051

石 石膏 1950 0.8

膏 石膏板 710-1110 0.17

、 纖維板、瓦 1500 1.20

水 纖維水泥矽酸鈣板 600-1200 0.15 泥 纖維水泥珍珠岩板 400-1000 0.12

二 泡沫水泥板 1100 0.24

次 半硬質碳酸鎂板 450 0.12

製 硬質碳酸鎂板 850 0.21

品

鋼材、鍍鋅鋼板 7860 45

金 鋁板、鋁合金板 2700 210

屬 銅板 8960 375

不銹鋼板 7400 25

泡沫混凝土 (ALC) 600 0.17

輕質混凝土 1600 0.8

水 普通混凝土 2200 1.4

泥 預鑄混凝土 (PC) 水 泥砂漿

2400 2000 1.5 1.5 輕型空心磚 (實心) 1380 0.51 資料來源：學校類大型空間類及其他類建築物節約能源設計技術規範

表4-23 建材熱阻值(綠建築標章計算資料)

建材名稱 熱阻 R 建材名稱 熱阻 R 外氣膜 0.043 石膏板 0.0706 內氣膜(熱阻係數 1/9) 0.111 石棉浪板 0.003 內氣膜(熱阻係數 1/7) 0.143 岩棉保溫材 0.762 磁磚 0.008 石棉矽酸鈣板 0.167 水泥砂漿 0.007 璃棉 0.714 水泥砂漿 0.01 瀝青防音塗料 0.004 鋼筋混凝土 0.086 花崗石 0.009 鋼筋混凝土 0.107 柏油 0.004 紅磚 0.288 水泥防水粉光 0.007 輕質混凝土 0.125 馬賽克 0.004 鋼筋混凝土預鑄版 0.12 泡沫混凝土 0.471 鑽泥板 0.139 PU 板 0.04

玻璃 0.01 泡沫混凝土 0.588 石棉板 0.008 油毛氈 0.091 合板 0.1 岩棉吸音板 0.234 鋁板 7.62E-06 空氣層(無厚度) 0.086 鋁板 2.86E-05 空氣層 0.182 玻璃棉 0.714

（資料來源:蔡尤溪「空調負荷計算理論及降低空調負荷」簡報資料）

由於建築技術規則規定外殼隔熱水準為3.5 (W / (m2．K)，且以台灣目 前的營建習慣，外牆隔熱水準也約略為3.5左右，由於Retscreen 是採用R值 分析，因此換算為R值約為0.286，至於屋頂之R值亦依建築技術規則規定假設 為1。窗戶部分，假設為普通清玻璃，參考「隔熱材料對建築外殼隔熱性能及 節能效益影響之研究」，窗平均熱傳透率採用6.5，另外，玻璃另一熱學性能 為太陽熱得係數(Solar Heat Gain Coefficient，SHGC)，或稱太陽能的吸熱 係數或太陽能輻射，該係數是量測多少熱能（太陽的幅射線）經過一扇窗戶 進入到一棟建築物內的量，其量包括日光直接穿透率以及玻璃吸收熱能二次 輻射進入室內之總和，本分析中太陽熱得係數參考表4-25設定為0.66，假設 並無外遮陽設備，相關變數設定為表4-26所示。

表 4-24 玻璃太陽熱得係數表

4.3.1 開窗率解析

外殼隔熱設計涉及開窗面積的大小，在國外的外殼隔熱性能規範中，許 多也對開窗率加以限制，對於越大的開窗面積，給予越嚴格的傳熱係數與遮 陽係數限制，此一目的是希望縮小建築物開口部的面積，使得從玻璃傳進的 日射熱得及熱傳導降低。國內甚至有研究指出：「外殼節能設計最重要的因 素在於開窗率，它影響空調負荷的比重佔高達五成以上，因此降低開窗面積 率是空調節能最重要的手段。在確保適當的自然採光，並免除心理封閉感的 條件下，建築立面設計應要避免全面玻璃的大開窗形式。住宅類建築的開窗 率應維持在30﹪以下，而其他大型建築的開窗率應在40﹪以下。」另一方面，

亦有相關理論對於開窗議題提出不同之觀點，認為較大之開窗率，對於建築 亦有其他的優點，概述如下：

1.減緩構造蓄熱

建築構造在建築熱環境上的意義，除了隔熱性能，亦應考量建築物軀體 的蓄熱能力，此能力影響了日後建築物之熱時滯效應，及對熱負荷的影響效 果。因此欲單獨討論建築物構造體之蓄熱能力對空調耗能的影響時，勢必得 將構造之隔熱與蓄熱兩種能力區分開來考量，尤其在夏天時， 鋼筋混凝土構 造的溫度都顯然高於外溫，其蓄熱情形相當嚴重，到晚上時仍然會明顯的在 釋出輻射熱源，這與台灣科技大學的李魁鵬教授觀測研究，臺北的熱島效應 也是在夜間發生，不謀而合，因此某些學者建議將屋頂 或外牆漆成具反光的 白色，減少建築物的蓄熱程度。建築若採用大開窗，必然可以減少混凝土的 用量，減少蓄熱。

2.因應

全球暗化(GlobalDimming)是指由太陽照射至地面的光能減少了，但是 全球暗化，卻不是由於太陽發出的光和能量減少，而是太陽照射至地面的光 變得暗了。全球暗化這現像是由一位日本裔的科學家 AtsumuOhmura 提出，他 在瑞士的全球氣象研究所工作，他在 89 年集合了他和許多其他科學家的相關 研究資料，而提出全球暗化這現象。科學家比較 80 年代和 60 年代的太陽光 照量(solarradiation)，或地面接收的太陽幅射量，發現全球各地的情況是

減少達 10%之多。據香港天文臺資料顯示，相比 90 年代和 60 年代，太陽照射 至香港的光量全年計算已減少了 10 至 15%。（資料來源：2005 年 6 月 11 日 香港明報報導） 全球暗化的主因是由於空氣污染嚴重，懸浮粒子增多（包括 硫酸鹽、黑碳、有機碳、微塵、海鹽等），煙霧(smog)和煙霞增加，也直接 反射太陽光線。另外，由於雲中的雨滴需要凝結核才能形成，污染微粒比自 然微粒還微小，因此污染微粒使得雨滴數量多且直徑小，因而改變雲層的光 學性質，讓雲層變成巨大的反射鏡，反射更多的太陽光回外太空（稱為懸浮 微粒間接輻射效應），即反射到地表的陽光減少，全球暗化現象抵銷了部分 全球暖化現象，換言之如果全球暗化趨緩，伴隨著是暖化加劇，但是由於地 球的污染持續進行中，科學家估計言全球地面的陽光量每十年便下降 1-2％，

此一現象對於建築設計而言，亦是相當重要的課題，因為自然光線的減弱，

室內採光的需求將逐漸增加，居住者對於開窗的需求也將趨於強烈。

3.二氧化碳減量

築物的輕量化直接降低了建材使用量，進而減少建材之生產耗能與CO²排 放。「鋼構造建築」以及「金屬帷幕外牆設計」均有輕量化之優勢。另外，

開窗面積越大，混凝土實牆的面積越小，而以玻璃取代，根據張又升君博士 論文研究顯示，每公斤平板玻璃生產排放出0.68公斤的CO²，Low-E玻璃則為 1.148公斤，而每公斤鋼筋生產則排放出2.3公斤的CO²，水泥每公斤則排放出 0.41公斤的CO²，顯見大開窗對於建築二氧化碳減量亦有助益。

4.增加採光通風

此外開窗對於視覺舒適度、通風、採光等亦有正面之效益，尤其善用晝 光不但可為建築物節省能源，而且能使室內有更舒適的光度。若與人工照明 系統配合得宜，使用晝光可以大大地減少人工照明系統的用電量。另一方面，

由於減少使用人工照明系統亦減少來自它們的熱量，所以空調系統的負荷也

由於減少使用人工照明系統亦減少來自它們的熱量，所以空調系統的負荷也