第三章 研究方法(建築外殼節能與空調節能的效益分析)
第二節 建築外殼節能與空調節能管制效益比較分析之一 . 14
解析軟體eQuest以及內政部建築研究所開發之標準氣象年TMY3，執行以下建築 ENVLOAD法規之六類建築耗能空間的空調耗能分析。
eQues原為以美國能源局開發出來的DOE-2作為建築動態負荷的運算核心，同時 搭配設計精靈與圖像化界面進行模擬運算。不論是建築、照明配置、空調機械設 備等均可快速且簡單的操作其設定項目，可以在短時間內得到案例初步之模擬結 果，提供足夠的資訊給設計團隊檢視其模擬結果（圖3-3）。
eQuest會依天氣資料、座落位置、建築外殼、使用人員、照明、設備等全年使 用型態模擬出全年逐時負荷提供給建築空調設備作計算，軟體依照空調設備之形 式、控制方法等模擬出全年逐時耗能使用情形，另外eQuest也包含了冷凍系統模 組,可提供給冷凍冷藏倉儲物流中心、超級市場耗能模擬等使用。
第三章 研究方法
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圖 3-3 eQuest 模擬結果及介面 (資料來源:本研究繪製整理)
標準氣象年資料TMY3之內容包含：1.外氣乾球溫度2.外氣濕度3.法線面直達日 射量4.水平面擴散日射量5.雲量6.風速7.風向等七大要素。該氣象資料在耗能解 析上具備以下特點：
1. 需具備長期氣候之代表性，排除極端氣候現象，並可以代表長期氣候的平均年 變動狀態。
2. 需具建築物全年熱負荷之代表性，以茲能夠模擬出一般建築物的耗能量。
3. 需具備一年 8760 小時逐時之氣象數據，以提供大型熱負荷電腦解析程式使用 (如DOE-2.2)，以計算建築物之全年熱負荷以及空調設備量。
TMY3為黃國倉教授以1990-2012 年共23 年為篩選基期，除採用TMY3方法更新 製作符合臺灣建築能源解析用具長期氣候代表性之平均氣象年外，另增加產製臺 灣各地，包括：台北、新竹、台中、嘉義、台南、高雄、花蓮及台東等地之平均 氣象年，俾利擴大應用範圍。本研究即是以最新的平均氣象年TMY3為解析之氣象 資料。
建築空調節能基準法制化可行性研究
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首先，本研究承襲過去發展ENVLOAD指標的標準設定，設定該6類分區所設定的 人員密度、照明密度、空調照明營運模式揭示於表3-1~表3-2上。
表 3-1 空調型建築各耗能特性空間分區之標準模型基本參數設定表
(資料來源:本研究整理)
空間分類 空間列舉
人員 密度 (人/㎡)
照明 密度 (W/㎡) 辦 公 文 教 宗
教照護分區
政府機關、一般辦公室、事務所、證券公司、電信 局、郵局、旅館辦公部門、會議室、學校建築之辦 公空間、補習班、安親班、才藝班、演講廳、文康 中心、社教館、集會堂、社區(里民)活動中心。
0.15 13.5
商 場 餐 飲 娛 樂分區
百貨、商場、量販店、超市餐廳、宴會廳、機關餐 廳、咖啡廳、美食街、KTV、酒吧、網咖、撞球室、
俱樂部、按摩場所、夜總會、遊藝場、三溫暖場所
0.25 29.5 醫 院 診 療 分
區
醫院門診部、診所、醫院大廳、急診室、加護病房、
非行政類醫療檢驗部門空間 0.3 12.5
醫 院 病 房 分
區 醫院病房區 0.1 10
旅館、招待所
之客房分區 旅館、招待所之客房部 0.1 10
交 通 運 輸 旅
客大廳分區 車站、捷運站、候船室、航空站 0.35 17.5
第三章 研究方法
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表 3-2 空調型耗能特性分區時程及營運條件標準
(資料來源:本研究整理)
這些建築模型必須與建築市場的營建習慣相符且與建築節能趨勢一致才行。這 些建築模型必須設定的變數為：1.室內發熱量條件、2.空調營運時程、3.建築空 間尺度模型、4.建築外殼熱性能條件。其中，1.室內發熱量條件、2.空調營運時 程，為eQuest計算所必須的輸入條件，已設定如表3-1~表3-2所示。
耗能特性空間分區 營運
時間
營運時間 非營運時間
人員使用率 (平日/假日)
照明使用率 (平日/假日)
人員 使用率
照明 使用率 辦公文教宗教照護分區 2540 0.8/-* 1/-* 0 0.05*
商場餐飲娛樂分區 3756 0.5/1 1/1 0 0.05
醫院診療分區 3756 0.7/1 1/1 0 0.05
醫院病房分區 8760 0.8/1 1/1 - -
旅館、招待所之客房分區 8760 0.6/1 0.8/1 - -
交通運輸旅客大廳分區 6570 0.9/0.9 0.8/0.8 0 0.05 註：非營業時間之照明使用率則以備載之緊急照明需求使用率 0.05 為基準
建築空調節能基準法制化可行性研究
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上述模型變數3.建築空間尺度模型之設定，應盡量與建築市場的型態相近。本 研究設定為一般常見的建築規模20 m × 30 m的矩形建築平面。其中外周區5m是建 築技術規則對建築外殼節能計算之範圍，同時也是空調實務上常被採用的空調負 荷分區的界線；其中內部區10 m × 20 m為不受外氣熱流影響範圍。這些建築平面 在回歸分析中將分E、ES、S、WS、W、WN、N、E等八方位的排列組合之樣本來執行 計算。至於建築模型之樓層高度，應根據建築市場一般設計習慣，隨著不同耗能 特性空間分區應設定不同高度，本研究設定之標準樓層高度如表3-3所示。
上述模型變數4.建築外殼熱性能條件之設定，最主要在於設定不同之隔熱與遮 陽水準，它牽涉開窗率、外牆構造、玻璃構造之差異。本研究設定建築模型開口 率之變化如表3-3所示，該開口率之範圍是以現行建築節能法規管制下，以無外遮 陽設計、無臨棟建築遮陰條件下最可能的開窗率變動範圍。另外，本研究設定建 築外殼熱性能條件如表3-4所示，其中建築外牆與屋頂的熱傳透係數U值為1.5～
3.78、0.38~0.80(W/㎡.K)、乃是現行建築市場上最低標準至最好隔熱處理的水準；
外窗之日射取得係數η值=0.33~0.50乃是現行公共建築市場上最常用的吸熱玻璃 至Low-E玻璃之水準。這些熱性能因子在回歸分析中將被排列組合執行解析，以保 證本解析結果適用於最廣泛的建築市場。
接著，為了讓本解析結果具有充分代表性，本研究以實驗計畫法（Experimental Method）來設定解析樣本。實驗計畫法是一套系統化的實驗方法，透過有效率的 實驗規劃，以最少的實驗次數，獲取最多的結論，並透過這些結論將產品設計，
製程參數最佳化，是工業界與科學界獲取知識與Know-how的最佳工具。實驗計畫 法作為如何高效率的設計開發產品、如何改善產品品質、如何提高生產綠等的統 計分析方法，如今在產業界已廣泛地被應用。本研究為達建築模型多樣化的目的，
研究中採用實驗計畫法名作之「田口式直交表」(田口，1950)的方式，以8方位、
3外牆隔熱、3開口率、3外窗遮陽之多因子排列組合方式來解析因子交錯影響力，
建立27組標準模型組合。其中以辦公文教集會分區之生之27組標準模型如表3-5所 示。依實驗計畫法之理論，這27組樣本所代表的排列組合資訊可相當於掌握8×3×3
×3=216個建築樣本的現象，亦即依此進行回歸分析所得之公式可充分掌握目前廣 大建築市場的耗能狀況。
第三章 研究方法 U=0.80(W/㎡.K)
外窗 U 值=6.07(W/㎡.K)
η值=0.5
建築空調節能基準法制化可行性研究
第三章 研究方法
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半，因此原有外殼節能指標可能對空調節能之最大貢獻也僅止於0.034~0.125而已。
然而，現行空調系統節能係數EAC最大節能潛力被估計為0.5，這與原有外殼節能 效相比，空調節能設計可能有外殼節能效益約有4.0~14.7倍(0.5/(0.034~0.125)=
4.0~14.7)的效益。 (外殼顯熱+間隙風)/空調熱負荷 0.562 0.267 0.281 0.186 0.327 0.155 高雄 外殼顯熱/空調熱負荷 0.502 0.268 0.278 0.207 0.347 0.172 (外殼顯熱+間隙風)/空調熱負荷 0.590 0.313 0.323 0.229 0.385 0.191 (資料來源:本研究整理)
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第三章 研究方法
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表 3-9 eQuest 動態耗能模擬 S 百貨公司三種外殼情境之全年耗電
開窗率 0% 開窗率 20% 開窗率 40%
全年耗電量：
26,980,348[kWh/yr]
全年耗電量：
27,219,574kWh/yr 增加 239,226kWh(0.89%)
全年耗電量：
27,444,704kWh/yr 增加 464,356kWh(1.72%) EUI：403.7[kWh/(m2.yr)] EUI：407.2 kWh/(m2.yr)
增加 0.89%
EUI：410.6 kWh/(m2.yr) 增加 1.72%
全年空調負荷：120,341MBTU 全年空調負荷：
121,924MBTU(增加 1.32%)
全年空調負荷：
123,304MBTU(增加 2.46%) (資料來源:本研究整理)
接著，本研究另外再解析空調設備節能管制對實質耗電量的節電效益如下。在 此同樣以前述S百貨公司的情境來模擬，開窗率固定於20%狀態，採COP=2.2785、
3.255、4.2315等三種主機效率來計算該百貨公司的全年空調耗電量，結果得出 32,328,794 kWh/yr、27,219,574 kWh/yr (節能15.8%)、24,839,120 kWh/yr (節 能23.2%)。依此空調設備之最大節能效益23.2%，與前述建築外殼最大節能效益 1.72%相比，高達13.5倍的節能管制效益。
總之，由上已一再印證:建築空調系統的節能管制效益幾乎是建築外殼節能管 制效益的十倍以上，由此我們應體認:我國過去以建築外殼節能指標為主的建築節 能管理體系已經完成其時代任務，今後若欲更有效落實國家整體建築節能效益，
建請依本研究的建言，積極引入更有成效的EAC建築空調系統節能管制才更臻理 想。
建築空調節能基準法制化可行性研究
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第四章 研究成果
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第四章 研究成果
本研究為了國家建築節能成效，本研究提議對大型建築物推動空調系統節能係 數EAC之管制，其具體作法為在現有營建署「新建建築物節約能源設計標準」中增 修條文，以具體提升新建建築物的節能效益。