第三章 熱質量在辦公建築的應用
第六節 小結
本章以辦公建築為對象，探討隔熱性能及蓄熱性能的影響，研究發現:
1. 整體而言，藉由增加屋頂隔熱材料厚度來降低屋頂的 U 值，於台北、台中 和高雄三個氣候區，對辦公室的 4-10 月或者全年空調顯熱負荷的降低是有 正面幫助的。4-10 月或者全年空調顯熱負荷基本上是隨著 U 值的降低而跟 著線性降低。
2. 降低立牆的 U 值對辦公室的全年空調顯熱負荷的幫助，存在著最佳 U 值。
當立牆的 U 值高於 3.0W/㎡ K，降低 U 值對降低全年空調顯熱負荷有正面 幫助。但是當立牆的 U 值低於 3.0W/㎡ K，繼續降低 U 值對降低全年空調 顯熱負荷卻反而有負面效果。
3.
當考慮建築立牆的隔熱性能時，必須考慮建築的特性。如果是屬於自然通風 能力良好的辦公建築物，在涼爽的 11-3 月份可以透過自然通風維持室內的 舒適性，則持續降低外牆的 U 值基本上是有利的。但是，若是屬於自然通 風能力不佳的辦公建築物，在涼爽的 11-3 月份仍然必須靠空調系統方可以 維持室內的舒適性，一昧的降低外牆的 U 值，對降低全年空調負荷不見得 是有利的，它存在著最佳 U 值。但是我們也並需強調，不論是屋頂或者立 牆的 U 值和隔熱材料的厚度並不是成線性關係，而是成指數遞減。而隔熱 材的初期費用往往是隨著厚度線性增加，亦即就經濟觀點而言，也不應無限 制的增加隔熱材料的厚度。4.
透過在外牆的隔熱性能 U 值固定在=2.0 kW/㎡ K 下，改變各種重要參數，藉由模擬各種情境，來觀察這些參數的變動對外殼蓄熱性能的節能效益產生 的影響。隨著夜間換氣回數的增加，降低空調顯熱負荷的效果也愈好。外牆 或屋頂外表面的吸收率越高，就會吸收越多的太陽輻射，造成其白天的外表 面溫度變得越高，使得外表面溫度日夜間溫度差的變動振幅擴大。在相同的 U 值與 D 值組合下，改變蓄熱與隔熱排列組合對減少空調顯熱負荷的幾乎
沒影響。
5. 辦公建築屬於 4-10 月運行空調系統，空調顯熱負荷隨著各方位立牆 U 值的 減少而減少。但若為全年運行空調系統，則全年的空調顯熱負荷並不會隨著 立牆 U 值降低而減少，而是隨著立牆 U 值降低而增加，無限制的增加 U 值 其實是沒有助益的，反而幫倒忙。
6. 不論是 4-10 月運行或全年運行空調系統的辦公建築，其顯熱負荷總合都是 隨著立牆或者屋頂的 D 值增加而降低。與空調僅 4-10 月運行相比，空調全 年運行的顯熱負荷總合隨 D 值增加而降低的幅度較大。
7. 在某些情況辦公建築的外牆或屋頂的 U 值與 D 值存在等值效果。
第四章 熱質量在住宅的應用
第一節 住宅建築模型
本章以住宅建築為研究對象，分別對客廳及臥室進行模擬室內狀況。客廳單 元為長 5.1m，寬 3.3m，樓高 3.0m 的空間，含有長 1.8m，高 0.9m 的窗戶，並有 一外遮陽，長 2.0m，深度 0.7m。而臥室的單元為長 6.0m，寬 4.2m，樓高 3.0m 的空間，含有長 2.4m，高 2.1m 的落地窗，並有一深度 1.5m，寬 4.2m 的陽台。
計算熱負荷時，使用 EnergyPlus 模擬軟體及標準氣象年來計算全年的空調負荷 量。
參考多數人在家中客廳的作息，在空調運行模式與自然通風模式分成在分成 08:00-23:00 及 18:00-23:00 兩種模式進行討論，分別為白天有人使用客廳與下班 之後才有人使用客廳的情形。空調運行模式為 6-9 月每日使用時間內空調運行，
設定溫度為 26°C。無人時空調停止運轉。自然通風模式為全年使用時間內門窗 全開，無人時門窗關閉。自然通風量由 EnergyPlus 根據風向和風速逐時計算。
空間的使用人員為 2 人，燈光為 90W/㎡，燈源使用頻率為早上 8 點到晚上 11 點。
而臥室的作息為在空調運行模式與自然通風模式分成在分成 00:00-24:00 及 19:00-07:00 兩種模式進行討論，分別為一整天皆有人使用臥室與下班之後才有 人使用臥室的情形。空調運行模式及自然通風模式運行模式與客廳一致。臥室的 使用人員為 2 人，燈光為 90W/㎡，燈源使用頻率為早上 8 點到晚上 11 點。
建築物耗能可分為牆體的貫流熱及顯熱負荷兩種，取客廳及臥室的實驗模型 分別就東、西、南、北四個方位的外牆及水平屋頂的部分進行討論。先透過彙整 全年或者冷氣使用季節(6-9 月)室內溫度超過 30°C 的過熱時數，來了解牆體和屋 頂的蓄熱能力對傳入熱量的延遲作用，並針對客廳及臥室的貫流熱及顯熱負荷討 論熱質量在住宅的運作機制，進一步改變熱惰性對自然通風熱舒適的影響，並討 論改變熱惰性對住宅空調能耗的影響；最後對住宅提出外牆及屋頂在隔熱與蓄熱 性能在住宅空調能耗的等效性。
第二節 熱質量在住宅的運作機制
表 4-2 客廳和臥室選定的四種使用模式
環境控制 有人使用 說 明客 廳
空調運行
08:00-23:00 6-9月每日使用時間內空調運行，設定溫度為26
°C。
無人時空調停止運轉。
18:00-23:00
自然通風
08:00-23:00 全年使用時間內門窗全開，無人時門窗關閉。
自然通風量由EnergyPlus根據風向和風速逐時 18:00-23:00 計算。
臥 室
空調運行 00:00-24:00 19:00-07:00 同上 自然通風 00:00-24:00 19:00-07:00 同上
(資料來源：本研究彙整)
1. 客廳
圖 4-1 顯示重質量和輕質量兩種構造的客廳採用自然通風的模式下，室內溫 度在 7/1~7/3 的逐時變化。在 08:00~23:00 的使用模式中(圖 4-3(a))，重質量客廳 藉由牆體和屋頂的蓄熱能力對傳入熱量產生的削減與延遲作用，可以看到在白天 08:00~18:00 時段，其室內溫度明顯比輕熱質量客廳的室溫低。在夜間 18:00-23:00 時段，重熱質量客廳牆體和屋頂的蓄存的熱量開始釋放，使得內溫度升高。但是 因為此時客廳的門窗是全開的，有足夠的通風能將釋放的熱量帶走，所以重質量 客廳的室溫僅稍微比輕質量客廳的溫度略高一些。到了深夜以後(23:00~08:00)，
牆體和屋頂的蓄存的熱量繼續釋放，但是此時門窗全關閉，從牆體和屋頂釋放的 熱量，無法順利排到室外，而蓄積在客廳內，造成溫度升高，所以可以看到在 23:00~08:00 這段時間，重熱質量的客廳有較高的室內溫度。不過此時客廳已經 沒有人，並不會造成居住者熱不舒適的困擾。
在圖 4-1(b)的 08:00~23:00 的使用模式中，客廳溫度的變化比較，基本上也 是呈現白天時段重質量客廳溫度較低，在深夜到清晨時段重質量客廳的室溫較高，
不過這兩個時段客廳基本上是沒人在使用，在有人使用的時段(18:00-23:00)，因 為自然通風量足夠的關係，重質量和輕質量客廳的室溫差異不大。
(a) 08:00-23:00
的削減與延遲作用，對傳入熱量產生攤平的效果，而有較低的過熱嚴重度。
在圖 4-2~4-3 中，我們可以看到客廳的過熱時數或者過熱嚴重度，主要是發 生在 6-9 月的空調使用季節。圖 4-4 是重質量和輕質量客廳使用空調下，室內顯 熱負荷在 7/1~7/3 的逐時變化。由於熱質量的削減和延遲效果，使得重質量客廳 在 08:00~18:00 有較低的空調顯熱負荷，但是在 18:00~23:00 卻有較高的空調顯 熱負荷。模擬的結果顯示(圖 4-7)： 6-9 月的空調顯熱負荷總和在 08:00~23:00 使 用模式重質量客廳為 6189 MJ，相較輕質量客廳的 6720 MJ 減少了 8%；但是在 18:00~23:00 使用模式中，重質量客廳的 3055 MJ 比輕質量客廳的 2822 MJ 增加 了 8%。
圖 4-2 輕、重質量客廳在自然通風下室溫過熱時數 (資料來源：本研究繪製)
圖 4-3 輕、重質量客廳在自然通風下，室溫過熱嚴重度 (資料來源：本研究繪製)
0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500
08:00-23:00 18:00-23:00 08:00-23:00 18:00-23:00
全年 6-9月
過熱時數, hr
客廳 輕質構造
重質構造
0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000
08:00-23:00 18:00-23:00 08:00-23:00 18:00-23:00
全年 6-9月
過熱嚴重度, °C-hr
客廳 輕質構造
重質構造
圖 4-4 輕、重質量客廳在 7/1~7/3 逐時顯熱負荷
2. 臥室
圖 4-6 顯示重質量和輕質量臥室採用自然通風的模式下，室內溫度在 7/1~7/3 的逐時變化。在 00:00~24:00 全天使用的模式中(圖 4-6)，可以看到重質量臥室因 牆體和屋頂蓄熱能力的削減與延遲作用，在白天 08:00~19:00 時段，其室內溫度 明顯比輕熱質量臥室的室溫低約 4℃；在夜間 19:00-08:00 時段，其室溫較輕質 量客廳的溫度高 1℃左右。在圖 4-6 的 19:00~07:00 的使用模式中，基本上在有 人居住的時段內也是呈現重質量的臥室呈現有較高的室溫。
圖 4-7 彙整了重質量和輕質量臥室自然通風下，全年或者冷氣使用季節(6-9 月)室內溫度超過 30°C 的過熱時數。從過熱時數的統計結果，可以看到重質量臥 室不論是全年或者 6-9 月的總過熱時數都比輕質量客廳的總過熱時數高。但是若 是觀察圖 4-8 可以發現在 19:00-07:00 使用模式，重質量臥室有較高的過熱重度，
但在 00:00~24:00 使用模式，重質量臥室有較低的過熱嚴重度。
圖 4-9 是重質量和輕質量臥室使用空調下，室內顯熱負荷在 7/1~7/3 的逐時 變化。由於熱質量的削減和延遲效果，和客廳一樣，重質量客廳在 08:00~18:00 有較低的空調顯熱負荷，但是在 19:00~07:00 卻有較高的空調顯熱負荷。模擬的 結果顯示(圖 4-10)：6-9 月的空調顯熱負荷總和在 00:00~24:00 使用模式重質量客 廳為 4716 MJ，較輕質量客廳的 4696 MJ，略為增加 0.5%；但是在 19:00~07:00 使用模式，重質量客廳的 2886 MJ 比輕質量客廳的 2141 MJ 增加了 35%。
在圖 4-11 中，我們可以看到由於熱質量的削減和延遲效果，使得當客廳採 用空調運行，不論是在 08:00~23:00 或者 18:00~23:00 的使用時間模式，重質量 構造的客廳都有較低的空調顯熱負荷。模擬的結果顯示：重質量客廳在 6-9 月的 空調顯熱負荷只有輕質量客廳的 92%。
圖 4-6 輕、重質量臥室在自然通風下室溫變化
00:00-24:00 19:00-07:00 00:00-24:00 19:00-07:00
全年 6-9月
過熱時數, hr
臥室 輕質構造
重質構造
圖 4-8 輕、重質量臥室在自然通風下室溫過熱嚴重度
00:00-24:00 19:00-07:00 00:00-24:00 19:00-07:00
全年 6-9月
圖 4-10 輕、重質量臥室在 6-9 月空調顯熱負荷 (資料來源：本研究繪製)
圖 4-11 客廳及臥室在不同模式的空調顯熱負荷 (資料來源：本研究繪製)
0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000
08:00-23:00 18:00-23:00 00:00-24:00 19:00-07:00
客廳 臥室
顯熱冷負荷, MJ
輕質構造 重質構造 0
500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 5,000
08:00-23:00 18:00-23:00
顯熱冷負荷, MJ
臥室 輕質構造
重質構造
第三節 改變熱惰性對自然通風熱舒適的影響
在這一節我們藉由表 4-3 所示之 U 值固定在=2.0 kW/㎡ K、熱惰性指標(D 值)從 0.2 到 4.2 的五種外牆組合，來闡明改變熱質量在對自然通風住宅熱舒適影 響。
表 4-3 U 值=2.0 W/㎡ K 下，五種模擬組合的蓄熱能力說明
編號 A B C D E
隔熱厚度(mm) 10.0 7.8 5.7 3.5 1.4 蓄熱厚度(mm) 0 100 200 300 400
U 值(W/㎡ K) 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 D 值(-) 0.2 1.2 2.2 3.2 4.2
(資料來源：本研究彙整)
透表 4-3 的五種外牆組合，進行外牆的性能模擬，如表 4-4~4-6 為彙整了各 向的客廳和臥室位於非屋頂層以及屋頂層的模擬數據和經歷台北、台中和高雄三 區的氣候，於 6-9 月當不同的使用情境：(1)客廳:08:00~23:00 (全日使用)、(2)客 廳:17:00~23:00 (下班使用) 、(3)臥室:00:00~24:00 (全日使用)、(4)臥室:
19:00~07:00 (下班使用)時，統計出在客廳與臥室的過熱時數(即室內溫度超過 30
°C 的總時數)，以及過熱嚴重度(即室溫超過 30°C 的度時總合)。
為了幫助理解，我們以各方位使用無熱質量構造的客廳或臥室做為比較基準，
分別計算使用具有不同 D 值構造的客廳或臥室其過熱時數與過熱嚴重度與基準
分別計算使用具有不同 D 值構造的客廳或臥室其過熱時數與過熱嚴重度與基準