第一年期成果概述
屋頂綠化一方面由於植栽的葉面遮蔭提供良好的屋頂上表面日射熱阻絕效果之 外，另一方面隨著植栽覆土層厚度、土壤含水率的增加，可降低屋頂構造的熱傳透率，
提供頂層室內空間良好的隔熱效果。由文獻分析中得知，屋頂綠化之熱效益可從表面溫 度、周圍空氣溫度、平均輻射溫度及建築物室內溫度等之降溫效果、植栽遮蔽作用與熱 流變化等項目進行探討。屋頂綠化因具有減少都市熱島效應、增加保水性能與美化城市 等功能，近年來備受歐美先進國家重視。本子計畫第一年針對粗放型植草綠化屋頂對進 屋面降溫效果之實測，並透過熱舒適指標來描述植草屋面熱舒適環境。嘗試建立屋頂綠 化對都市熱島降溫之效果定量分析。
以都市熱島強度緩和之實驗而言，首先探討透過各種不同密集程度之植栽綠化下其 對屋頂表面溫度之差異，實驗計畫擬於台灣各地尋找既成之屋頂綠化環境作為實驗之對 象，首先以完全粗放型屋頂綠化(純粹植草)為實測對象，擇定位於台中中興大學演藝廳 樓頂之既有植草屋面進行施測。本計畫之第一部份在於探討在不同的屋頂綠化程度下，
對近屋頂表面之微氣候環境所造成之影響。現地實測進行量測之物理量包括風速、自然 濕球溫度、黑球溫度、離樓板面各高度下之空氣溫度等。並輔以數據記錄器(Data Logger) 進行逐分之數據記錄，實驗為期連續七天，以取得足夠之有效數據。用於熱舒適描述之 各感知器量測高度將以人體站立活動時胸腔之位置(約 1.35m)為施測點。在空氣溫度之 量測上，為探求綠化對各高度下之影響遞減情形，則分為表面溫度、0.3m、0.6m、1m、
1.35m 等五個高程點位進行量測。施測之時間點目前以四月底至五月初等較熱天進行。
實驗之裝置圖如圖 34 與圖 35 所示。
實驗結果選取 2011 年 5 月 2 日之實測值進行討論，施測日前諸日皆為晴朗之天氣 型態，以排除異常氣候之影響。就近屋頂表面而言，以當日全天而言其平均溫度如圖 38 所示，在植草上方之各高度之空氣溫度皆較無綠化者稍低，然而差異不大，植草屋面平 均降溫幅度於 30cm、60cm、100cm 與 135cm 處分別為 0.2%、0.4%、-3.7%與 0.1%，其 中所得結果植草上方 100cm 處空氣溫度反而較無綠化者為高，其原因未明尚無法討論，
將於下一階段移地進行實測取得更多樣本後，再行討論。此外，由於日間在有日射直達
輻射影響下，近地表面空氣溫度將反應屋頂表面之長波再熱輻射影響，應有影響。因此 進一步區分為日間(上午七時至下午六時)與夜間(下午六時至隔日上午七時)時段分別討 論，如圖 36 與圖 37。夜間情況之植草屋面對近地表降溫效果較日間普遍為佳，且越接 近表面者，效果越好，然而其平均降溫效益亦僅 0.8%之普(以離地 30cm 處為例)。值得 注意的是兩者之表面溫度變化，有植草綠化下之土壤表面溫度其一日間之變動較混凝土 屋面來得緩和，在日間情況表面溫度差可達 26.8%，對表面溫度降溫有不錯之效果，日 間時則為-3.8%，顯示夜間土壤溫度降溫速度較混凝土屋面來得緩慢，推論乃因土壤之 熱容量較混凝土為大之故。
圖34. 以熱電耦線量測各高程之空氣溫度
圖35. 戶外自然環境量測施測之示意圖
(註：其中 GBT：黑球溫度計、DBT：乾球溫度計、WV：熱線式風速計、NWBT：自然濕球溫度計、SR：日射量計)
另一方面，茲將於離表面 135cm 處所實測得之各物理量換算 MRT、SET*與 WBGT 等指標，以探討綠化對熱環境改善之效益。各指標於全日(5 月 2 日)之分佈情形如圖 39 所示。有綠化情況下皆較無綠化之情形對熱環境皆有明顯之降溫效果。以平均輻射溫度 (MRT)而言，全日平均降幅達 2.6% (0.8℃)，SET*之降幅則為 2.9% (0.7%)。
圖36. 日間(上午七時至下午六時)近表面各高度下之平均溫度分佈
Elev. above ground 0cm 30cm 60cm 100cm 135cm Vegetated Area 24.40 27.27 27.22 29.60 27.25 Non-vegetated Area 33.31 27.20 27.29 27.20 27.25 Reduction Amount 8.91 -0.07 0.08 -2.39 -0.01 Reduction Rate 26.8% -0.3% 0.3% -8.8% 0.0%
圖37. 夜間(下午六時至隔日上午七時)近表面各高度下之平均溫度分佈
圖38. 全日近表面各高度下之平均溫度分佈
Outliers are hidden
MRT_a MRT_b SET_a SET_b WBGT_aWBGT_b Category
20.00 30.00 40.00 50.00
Degree C
圖39. 各熱舒適性指標鬚盒圖(a:有綠化情況；b：無綠化情況)
第二年期成果概述
2-6-1 前言
在位處熱濕氣候條件下的台灣，夏季炎熱之情況大多仰賴空調系統來維持室內之舒 適度，也因此增加了大量空調能源之需求。屋頂綠化技術除了提供屋頂層戶外空間之舒 適性之外，同時亦為建築之屋頂樓板提供絕佳的隔熱效果，因此可大幅減少進入室內之
Elev. above ground 0cm 30cm 60cm 100cm 135cm Vegetated Area 26.34 25.53 25.51 26.46 25.50 Non-vegetated Area 30.28 25.59 25.60 25.51 25.52
Reduction Amount 3.93 0.06 0.09 -0.96 0.01
Reduction Rate 13.0% 0.2% 0.4% -3.7% 0.1%
Parameter MRT_a MRT_b SET*_a SET*_b WBGT_a WBGT_b Max. 55.5 56.8 35.5 36.1 31.1 32.1 Min. 18.3 18.8 17.0 18.3 19.3 19.4 Mean 30.7 31.5 24.9 25.6 23.7 23.9 StD. 11.3 11.5 4.9 4.8 3.2 3.3
Reduction Rate 2.6% 2.9% 0.8%
Elev. above ground 0cm 30cm 60cm 100cm 135cm Vegetated Area 28.28 23.78 23.79 23.33 23.76 Non-vegetated Area 27.24 23.98 23.90 23.81 23.79
Reduction Amount -1.05 0.20 0.11 0.48 0.04
Reduction Rate -3.8% 0.8% 0.5% 2.0% 0.1%
熱流量。以台灣而言，一般水平面的日射量約為南向垂直面日射量之 2.2 倍，如屋頂樓 用 EnergyPlus，它是在美國能源部(Department of Energy, DOE)的支持下，由勞倫斯·伯 克 利 國 家 實 驗 室 (Lawrence Berkeley National Laboratory, LBNL) 、 伊 利 諾 斯 大 學 (University of Illinois)、美國陸軍建築工程實驗室(U. S. Army Construction Engineering Research Laboratory)、奧克拉荷馬州立大學(Oklahoma State University)及其他單位共同開 發的，是一個全新的軟體，它不僅整合了建築能耗分析軟體 DOE-2.2 和 BLAST 的優點，
並且具備許多新的功能，被認為是用來替代 DOE-2.2 的新一代的建築能耗分析軟體。在 2008 年後 EnergPlus 加入屋頂綠化之數學模式，以分析對建築室內耗能之影響。此外，
本軟體取用 TMY 內之逐時風速與風向資料，以各向窗面風壓模擬開窗之自然通風分
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
Averaged monthly wind velocity (m/s)
Averaged monthly outdoor temperature (degree C)
Outdoor DBT Wind Speed
圖40. 教室模擬示意圖(單位：公尺) 圖41. 台北各月平均乾球溫度與風速 室內整體熱舒適評估以 Fanger 所提之 PMV-PPD 為主，但近期許多研究提出 PMV-PPD 模型並不適用於自然通風型建築之熱舒適評估，尤其對於室內使用者對開窗 與室內空調溫度有充分控制之情況下，PMV-PPD 模型更趨低估室內之舒適溫度。在自 然通風下之人們熱舒適感覺更與戶外長期之平均溫度相關，因此，本研究以 de Dear 與
Brager 等人所提出之熱適應模型作為評估自然通風下之熱舒適性。此一模式後經美國冷 凍空調協會(ASHRAE)所採用，作為評估自然通風類型空間之熱舒適，其公式如公式(1) 所示。然而，在台灣另一針對小學教室所做的長期研究顯示，台灣之熱適應模型如公式 (2)所示，因此本研究於探討同樣為小學教室之室內熱舒適性時，將同時以 ASH RAE 模 式與台灣之模式進行分析。
(1)
(2)
為了評估室內熱不舒適之嚴重程度，常以預測不滿意度(PPD)指標來衡量，其意義 為認為不舒適人數所佔之百分比，在 PPD 之估計上，Nicol 等人提出非線性之方法以建 立 PPD 之預測模型，其係以室內操作溫度與熱舒適之中性溫度差以機率模型概估。
為研究屋頂薄層綠化下對頂層教室之長期熱舒適影響，本研究採用 ISO 7730 所建 議之長期熱不舒適評估方法，區分為熱不舒適與冷不舒適，並以熱不舒適嚴重度 I 來表 示，其描述方法有二，其一係以度時之概念計算超過熱適應模型上限(或下限)之操作溫 度差與時間之積，如公式(3)；第二種方式是以實際 PMV 超過熱適應模型之 PMV 上限(或 其下限)時 PPD 之比值來評估，如公式(4)。
(3)
(4)
2-6-3 結果與討論
(1) 自然通風教室之熱舒適性
本研究以室內有人使用之時間進行整體熱舒適之分析，教室全年之使用時間扣除寒 暑假為一月、三月至五月與九月至十二月，除週六與週日放假每日之使用時間為上午八 時上學至中午十二時，下午一時至五時放學，中午午休時間之一小時不計入分析。全年 整體之熱舒適情形如圖 42 與錯誤! 找不到參照來源。0 所示，在無屋頂綠化之教室以 ASHRAE 熱適應模型分析時，比有屋頂綠化之教室多出 2.8%的時間超出 80%舒適範圍 內。如以台灣之熱適應模型分析，則僅多出 2.1%。在兩熱適應模型下，台灣之熱適應 模型舒適範圍界線則因為其斜率較 ASHARE 為陡，因此更能忍受室溫之變化，因而有 較多之時間比例落在舒適之範圍內，約多出 9%，可見 ASHRAE 對台灣而言是較為嚴苛 的標準。今將有無屋頂綠化之教室操作溫度繪製於兩熱適應模型上時，有屋頂綠化之教 室較無屋頂綠化之教室更為集中分布，分別如圖 44 與圖 45 所示。有屋頂綠化之教室在 冬季時有較少之過冷情況，推論係因為綠化土壤層之保溫效果所致。
表10. 超過 80%熱舒適之小時數與比例
Adaptive model With green roof (percentage)
Without green roof (percentage)
With green roof (hours)
Without green roof (hours) ASHRAE
(80% limit) 24.2% 27.0% 380 423
Taiwan
(80% limit) 15.6% 17.7% 245 277
Diff. 8.6% 9.3% 135 146
0%
ASHRAE(80% limit) Taiwan(80% limit)
Percentage beyond adaptive thermal comfort zone
Hours beyond adaptive thermal comfort zone (hours) With green roof (hours)
Without green roof (hours) With green roof (percentage) Without green roof (percentage)
I(degree hours) I(PPD)
With Green Roof 308.5 246.6
Without Green Roof 341.4 279.7
0.0
Severity of thermal discomfort (I)
圖42. 超過 80%熱適應舒適範圍之小時數與
Indoor operative temperature (Tot)
Running mean outdoor Temperature (Tmo)
ASHRAE 80% upper limit ASHRAE 80% lower limit Taiwan 80% upper limit Taiwan 80% lower limit
wGR 10
Indoor operative temperature (Tot)
Running mean outdoor Temperature (Tmo)
ASHRAE 80% upper limit ASHRAE 80% lower limit Taiwan 80% upper limit Taiwan 80% lower limit woGF hours)較無屋頂綠化時△I(degree hours)少 32.9 (度時)，相當於少了 9.6%；如以 PPD 加權 之觀點分析其熱不舒適嚴重度 I(PPD)，有屋頂綠化亦其△I(PPD)亦較少了 33.1(hrs)，相 當於低約 11.8%。顯示屋頂薄層綠化，確實可提升室內之整體熱舒適性。
0%
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
Frequency of thermal discomfort (%)
Severity of thermal discomfort (Degree hours)
Warm wf(DH) w. green roof Warm wf(DH) wo. green roof Cold wf(DH) w. green roof Cold wf(DH) wo. green roof
Percentage outside comfort range w. green roof Percentage outside comfort range wo. green roof
圖46. 各月長期整體熱不舒適嚴重度與頻率(ASHRAE 熱適應模式)
3.4% 4.8%
5.5% 5.7%
4.7% 3.5%
9.6% 9.7%
36.7% 39.2%
51.8% 49.5%
12.2% 11.9%
8.9% 9.2%
9.3% 8.4%
7.2% 6.6%
37.2% 37.0%
13.5% 14.4%
0%
w. GR ASHRAE wo. GR ASHRAE w. GR Taiwan wo. GR Taiwan
Frequency (%)
IV(hot)
Cooling energy end-use (kWh)
Month 室其空調 EUI=17.29 kWh/m2，無屋頂綠化之 EUI=18.38 kWh/m2，有綠化情況下較為節 能 5.9%。各月份之空調用電耗能如圖 48 所示。
三、 總結
本計畫主張的以使用者的健康與舒適為研究軸線，從區域氣候、都市氣候、建築 外部微氣候到建築內部熱環境，至營造氣候自適性的節能建築與社區，各子計畫由都 市熱島抑制圈、優質生活環境促進圈和空調節能加強圈上進一步加以分項研究。
以下就各子計畫成果分項論述。子計畫一，在第一年度電腦模擬顯示：建築外殼 能設計影響居住者的熱舒適並進一步影響能源消耗。在熱舒適性為基礎的控制模擬 中，相較於較低的固定溫度，可使用調整恆溫控制的方式，以具有較低的 SHGC，減
以下就各子計畫成果分項論述。子計畫一，在第一年度電腦模擬顯示：建築外殼 能設計影響居住者的熱舒適並進一步影響能源消耗。在熱舒適性為基礎的控制模擬 中，相較於較低的固定溫度，可使用調整恆溫控制的方式，以具有較低的 SHGC，減