第四章 屋頂綠化隔熱效能影響因子組合之最適化分析
第一節 屋頂綠化隔熱效能影響因子及水準
屋頂綠化組成部分，除了既有屋頂結構層外，主要包括防水層、
排水層、土壤層與植被層等部分，業界常用之屋頂綠化各層剖面如 圖 4-1 所示。
圖 4-1 業界常用之屋頂綠化各層剖面圖 資料來源：樹花園網站
（ http://www.treegarden.com.tw/services_11.htm ） 故本研究研擬影響屋頂綠化隔熱效能之因子，主要包括土壤厚 度、土壤種類、葉面積指數 LAI、澆水頻率、地區氣象差異及葉面
植栽層
土壤層 導流
樁 過濾
層
排 水 層
防 水 層
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反射率等 6 項主要影響因子，其使用之參數及變動水準茲說明如 下：
一、土壤厚度：
常見之屋頂綠化若以厚度來區分，可概分為薄層綠化與密集型
（厚層）綠化，其中薄層綠化之土壤層厚度多為 10~30 公分左右，
密集型綠化則多為 40~60 公分之間，惟皆需視屋頂層結構強度是否 足以額外負荷土壤及含水量之載重，以及屋頂防水狀況等條件，方 能決定是否適合施作屋頂綠化及可鋪設之土壤厚度。
本研究於模擬時設定之土壤厚度，由薄層綠化漸變至密集型綠 化，其厚度分別為 10 公分、30 公分、50 公分等 3 種。
二、土壤種類：
屋頂因為載重之考量，除非屋頂結構強度允許，否則一般屋頂 綠化會採用比重較小之輕質土壤。此外不同土壤種類也會影響其蓄 熱能力。
本研究係以蓄熱係數 S（W/(㎡·K)）作為考量土壤種類之依據，
其物理意義為在周期性熱作用下，物體表面溫度升高或降低 1℃時，
在 1 小時內，1 ㎡表面積貯存或釋放的熱量，亦即表達吸收和釋放 熱能的能力，蓄熱係數愈大則對室內環境的影響也就愈大。常見材 料之蓄熱係數（W/(㎡·K)）有：鋁 191、建築鋼材 126、鑄鐵 112、
木材 3.85-6.93、平板玻璃 10.69、水泥砂漿 11.37、混凝土 2.81-17.2、
保溫材料 0.03-0.08。計算公式如下：
（4-1）
上式中
ρ為材料的密度(kg/m3)
c 為材料的重量比熱(KJ/kg·K) k 為材料的導熱係數(W/m·K)
ck w
ck
S
51 . 0
2
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w 為溫度的波動週期（秒），一般取 86,400 秒（24 小時）為週 期。
本研究於模擬所設定之土壤種類採用輕質土、輕質與一般土混 充、一般土壤等 3 類，其採用之密度、比熱及導熱係數，經查相關 文獻資料後整理如表 4-1 所示。
表 4-1 屋頂綠化模擬設定之土壤（乾土）材料參數表
土壤種類 比重 ρ (kg/m3)
重量比熱 c (J/kg·K)
導熱係數 K (W/m·K)
蓄熱係數 S (W/㎡·K) 輕質土 900 1,100 0.4 10.1 輕質與一般
土混充 1,200 1,500 0.7 18.1 一般土壤 1,600 1,900 1.0 28.1
資料來源：本研究整理 三、葉面積指數 LAI（m2
/m
2）：係指單位土地面積上植物葉片總面積占土地面積的倍數。即：
葉面積指數=葉片總面積/土地面積。在生態學中，葉面積指數是生 態系統的一個重要結構參數，用來反映植物葉面數量、冠層結構變 化、植物群落生命活力及其環境效應，為植物冠層表面物質和能量 交換的描述提供結構化的定量信息，並在生態系統碳積累、植被生 產力和土壤、植物、大氣間相互作用的能量平衡（例如植物蒸散量、
土壤水分平衡等），以及植被遙感等方面，皆具有重要參考性。
調查葉面積指數的方法眾多，大致上可分為直接收穫法和間接 收穫法。直接收穫法雖然最準確，但卻非常耗時費力，且屬破壞性 取樣，故無法在森林中廣泛執行。間接收穫法之取樣方法眾多，且 均由其它因子求得葉面積指數，其中以瞬間拍攝法最為便捷，且影 響誤差因子較小，故可運用於廣大森林之樣區測量，因此法不需破
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壞林木，故可應用於長期監測上，為一便捷準確之測量方法，但是 其所測得之葉面積指數是否可代表直接收獲法之葉面積指數尚待探 討。
本研究係針對適合用於屋頂綠化之植栽，一般常見為草皮、植 被及低矮灌木等，例如台北草、鵝掌藤、松葉景天等植物，其 LAI 通常約低於 5 以內，視種植密度而定，故本章模擬之 LAI 參數即設 定為 1、3、5 等 3 種等級。
四、人工澆水頻率：
本研究設定模擬之屋頂綠化標的係本所於台南歸仁性能實驗群 基地內建置之實驗屋，其屋頂水平尺寸為 2.35m×5.98m，面積約 14m2， 經考量土層厚度、土壤介質種類等因素，選擇之人工澆水頻率分別 為每天早、晚各澆水量 1mm（相當於 28 公升）、每天早、晚各澆水 量 0.5mm（相當於 14 公升）及不澆水等 3 種水準，惟模擬之全年降 雨量，除上述人工澆水量外，尚包括自然降雨量，惟自然降雨量已 包含於 TMY3 標準氣象年資料內，不屬於本項控制因子。
五、地區氣象差異：
本研究之模擬依照台灣北、中、南三區，選擇台北、台中、高 雄等三地作為模擬地點，在模擬時之外界氣候資料係以過去本所委 託研究產製之上述三個地區 TMY3 標準氣象年（何明錦、黃國倉 2013）進行氣候之模擬，以反映不同地區之氣候特徵（包含戶外溫 度、濕度、風速、自然降雨量等），對於屋頂綠化隔熱效應之影響，
該氣象年以 1998-2012 氣象局之原始氣象數據製作而成，可代表當 地近期之氣候變動狀態。
六、葉面反射率：
經查文獻指出，植物林冠下太陽輻射到達量，主要取決於植物 之結構特徵，特別是樹葉的數量（以葉面積指數表示）和樹葉、枝 條的排列方式，還與葉片對光的反射、吸收和太陽高度角有關。在
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一般情況下，隨機分佈葉層林冠下太陽輻射的到達量介於水平葉層 與垂直向光葉層之間。它隨葉面積指數增大而減小，隨太陽高度角 的增加而增大。
林內太陽輻射量，在冷杉疏林中，有 25%的太陽輻射可到達林 地。老齡的榆樹在樹葉凋落時期有 61%到達林地，在盛葉時期僅有 4%。在針葉密林地內僅為 2%。森林反射率森林反射輻射是一種複 雜的物理過程，反射輻射指向各個方向，僅就第一次反射而言，太 陽輻射經反射后可以向上，也可以向下，視太陽輻射與葉片的交角 而定。
向上的反射輻射在穿過林冠時又要經歷透射、反射和吸收的過 程，只有一部分逸出林冠，成為通常被測出的林冠反射主要部分。
太陽輻射被枝葉反射時，方向也可以向下，考慮多次反射過程時，
一定有若干次反射輻射是向下的，向下的反射輻射經林冠中枝葉的 削弱后，可到達林冠下，加入到林冠下的總輻射中。
蘇聯 M.H.布德科、M.H.別爾良德對森林反射係數進行過測定：
針葉樹為 0.10~0.15、闊葉樹為 0.15~0.20、草地為 0.20~0.30。故本 研究模擬採用之葉面反射率，選擇分為 0.15、0.20、0.25 等 3 種水 準，分別對應上述之針葉、闊葉及草類等 3 種植物。
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