建築外殼熱性能模擬

為了擬定最佳的建築外殼熱性能規範，本研究欲透過動態能源解析軟體來模 擬了解建築外殼熱性能因子(隔熱與遮陽)對於建築空調耗能之影響。因此，本節 概述本研究欲模擬的建築模型、模擬採用的氣候條件、基本參數及模擬中改變的 建築外殼隔熱、遮陽因子參數。

3-2-1 模擬模型建模

本研究選擇以一般坊間常見的辦公建築為對象，來模擬探討建築外殼熱性能 對於建築日常空調耗能之影響。模擬之辦公建築模型設定上，首先考量台灣辦公 建築平均規模，本研究依據過去研究調查所得台灣辦公建築之平均規模，設定本 次模擬的辦公建築規模為樓高4米、地上16層樓、標準層面積為724 m²，而建築 立面開窗率則設為30%。

在建築型態上，一般而言細長型的建築物，因為外周區較大，受到室外氣候 因子(如：溫度)的影響相對提升，而當建築物的長軸面對不同方向時日射取得量 也不同，對於建築外殼性能的改善效率比例可能也會有所出入。為了謹慎評估建 築物長軸的向度改變時對於外殼負荷的影響，本研究考慮建築物的平面長寬比例 及量體長軸方向的變化，以五種變化之建築模型(表3-2)，分別為「南北長」比「東 西長」由3:1、2:1、1:1、1:2到1:3之建築物。

表 3-2 模擬模型操縱變數

(本研究整理)

3-2-2 基本因子設定

1. 氣候條件設定

建築物的耗能量受外部氣候影響甚鉅，氣候較嚴峻的地區(如: 北京)，在 寒冷的天氣中為了維持舒適的室內環境需要使用採暖設備，通常能源的需求 較氣候溫和的地區(如: 台灣)大。

軸向比

（南北長/東西長） 3:1 2:1 1:1 1:2 1:3

圖示

面積 724 m² 724 m² 724 m² 724 m² 724 m²

南北長 46.7m 38.1m 26.9m 19m 15.5m

東西長 15.5m 19m 26.9m 38.1m 46.7m

為了解不同的氣候條件下，建築外殼熱性能對於建築節能效益之影響，

本研究以台北及北京作為氣候變因，改變其建築外殼熱性能因子，進行建築 能源解析的模擬比較。

圖 3-1 台北氣溫資料 統計期間 1981-2010 (資料來源: http://www.cwb.gov.tw/)

圖 3-2 北京氣溫資料 統計期間 1971-2000 (資料來源: http://www.bjmb.gov.cn/) 2. 室內發散熱設定

由於室內發散熱之設定之正確與否必然影響空調耗能模擬之準確性，本研究 考慮一般辦公空間室內發散熱來源，大致將其分成三大項：人員、照明、機械設 備之發散熱。需要假定之項目分別為人員密度、照明密度與設備密度，參考綠建 築解說與評估手冊中之建議條件，依不同建築類型而有不同之發散熱假定。

表 3-3 本研究室內發散熱假定參數

人員密度 照明密度 設備密度

辦公空間 大廳走廊空間 辦公空間 大廳走廊空間 辦公空間 大廳走廊空間

0.2 人/ m² 0.03 人/ m² 20 W/ m² 10 W/ m² 10 W/ m² 0 W/ m² (本研究整理)

3. 建築使用行為設定 a. 人員使用時程

因本研究模擬建築類型為辦公使用，故室內人員使用狀況參考綠建築 解說與評估手冊中建議之室內環境標準輸入條件，其辦公空間人員負荷逐 時變動率如下圖:

圖 3-3 人員時程 (本研究整理) b. 照明使用時程

辦公室中有人員使用時便有照明行為產生，故照明時程應與人員使用 狀況相當；負荷率則考慮人為使用習慣而略有調整；假日與下班時段因有 必要照明〈逃生避難照明等〉，故假定其負荷率並非為 0 的狀態，呈現較 低之 5%負荷。照明負荷逐時變動率如下圖:

圖 3-4 照明時程 (本研究整理) c. 事務機器使用時程

通常辦公室中，只要有人員工作，難免會使用機械設備，故機械設備

之使用情形應接近於與人員使用時程較為合理，故其時程假定同上述之人 員使用情形；假日與下班時段因考慮到插座的使用，部份設備之電源插頭 並未拔除，使得部份機械可能處於待機狀態，故此期間負荷率為 10%。事 務機器負荷逐時變動率如下圖:

圖 3-5 設備時程 (本研究整理) d. 國定假日假設

本研究以台北及北京兩個氣候區進行建築外殼熱性能節能效益的模 擬，為求公平起見，除了週六及週日之外，無其他假日設定。

e.

空調方式可大致分為中央空調方式與個別空調方式，其中中央空調方 式又可分為全氣式、水氣並用方式以及全水式三種。本研究所模擬之對象 為中央空調方式之辦公型建築，冷凍機的設定為離心式主機，使用「VAV 變風量系統」的空調方式，回風方式為風管回風。其細部設定係參考「換 氣與空氣調節設備技術規範」所規定之建議值。以下僅節錄影響系統較重 大之設定，如表 3-4 所示。

表 3-4 本研究空調部份模擬設定參數

密閉式離心機(≧300 噸) COP=6.1

冰水主機

容量安全係數=1 主機型式

鍋爐 電熱水鍋爐

冷房 26℃

室內設定溫度

暖房 20℃

回風方式 風管回風

玻璃

改善後之 玻璃

單片玻璃 6mm 6.16 7 0.42

3. 降低外殼 U 值

本方案主要變因為降低外殼 U 值，提升一倍的外殼隔熱性能。故相對於 原型設定之台灣現行法規一般外牆的熱傳透率上限值 3.5W/ m²‧ 、屋頂熱傳k 透率上限值 1.0 W/ m²‧ ；本方案設定之外牆 U 值為 1.75 W/ mk ²‧ 、屋頂 Uk 值為 0.5 W/ m²‧ ，如下表所示。 k

表 3-7 本模擬方案降低外殼 U 值設定參數

外殼部位 熱傳透率 Ui(W/ m²‧ ) k 外殼部位 熱傳透率 Ui(W/ m²‧ ) k 原型

外殼

3.5 1

改善後之 外殼

外牆

1.75

屋頂

0.5

4. 減少開窗率

本方案主要變因為減少開窗率，提升一倍的外殼遮陽性能後，相對於原 型設定之開窗率30%，本方案設定開窗率為15%，如下表所示。

表 3-8 本模擬方案減少開窗率之設定參數

原型之開窗率 30%

改善後之開窗率 15%

3-2-4 模擬方式

本模擬在不同的氣候條件下改善建築外殼保溫及隔熱性能對於整體建築節 能效益之影響，故分為台北及北京兩種氣候區的建築外殼熱性能模擬。且為了解 改變建築外殼熱性能對於建築物日常耗能之影響，以「降低玻璃 U 值」、「降低 玻璃玻璃 η 值」、「降低外殼 U 值」及「減少開窗率」等變因，配合前節所設定 之五種建築物的平面長寬比例及量體長軸方向的變化一同以 eQuest 動態解析軟 體進行能源模擬比較。模擬結果在下一節以圖表及平均值的方式呈現。