為了瞭解不同建築外殼設計對於晝光利用及耗能的影響，我們以300 到 2000 Lux 作為上下限的 UDI(300-2000)作為晝光利用的指標，能源方面則探討人工照明 和空調的耗能，分別進行了因子的ANOVA 分析(變異數分析)，以及 UDI(300-2000)和耗能之間關係的比較。
6-1 晝光利用分析
由UDI(300-2000)的變異數分析表(表 6-1)，可以得知室型、開口率、遮陽板 深度、天花板反射率和玻璃材質會對晝光利用造成顯著影響(顯著水準
(α)=0.01)。尤其室型、開口率和遮陽板深度這三個因子影響程度特別大，對 UDI(300-2000)的影響效果可達-5.1～3.0%；至於過亮晝光 UDI(>2000)部分，由 UDI(>2000)的變異數分析表(表 6-2)，可以得知每項因子皆會對過亮晝光造成顯著 影響(顯著水準(α)=0.01)，效果較為明顯的因子為室型、開口率、遮陽板深和玻 璃材質，有-6.5～5.6%的效果。其餘效果不明顯因子雖在統計上有顯著影響，然 而造成的效果相對較為微小。
表6-1 UDI(300-2000)變異數分析表
平方和 自由度 平均平方和 F-value 是否具顯著影響 室型 18964.8 2 9482.4 496.9 是**
開口率 7310.1 2 3655.1 191.5 是**
遮陽板深 755.9 2 377.9 19.8 是**
遮陽板位置 18.8 2 9.4 0.5 否 天花板反射率 401.1 2 200.5 10.5 是**
遮陽板反射率 1.5 1 1.5 0.1 否 玻璃材質 198.8 2 99.4 5.2 是**
誤差項 27555.2 1444 19.1 總和 55206.1 1457 註：**顯著水準(α)=0.01；*顯著水準(α)=0.05
表6-2 UDI(>2000)變異數分析表
平方和 自由度 平均平方和 F-value 是否具顯著影響 室型 23725.0 2 11862.5 621.6 是**
開口率 34036.6 2 17018.3 891.8 是**
遮陽板深 2608.1 2 1304.1 68.3 是**
遮陽板位置 763.4 2 381.7 20.0 是**
天花板反射率 1433.2 2 716.6 37.6 是**
遮陽板反射率 236.6 1 236.6 12.4 是**
玻璃材質 28918.8 2 14459.4 757.7 是**
誤差項 6099.2 1444 4.2 總和 97821.0 1457 註：**顯著水準(α)=0.01；*顯著水準(α)=0.05
由圖6-1、圖 6-2 可以看出，較大的開窗 (室型：寬長型、開口率：80%)雖有 利於可利用晝光的比率，但同時也容易引入更多的過亮晝光，而產生不舒適的感 受；而較深的遮陽板則是既能增加可利用晝光亦能減少過亮晝光；玻璃材質雖然 對可利用晝光效果不明顯，但對過亮晝光的效果卻是相當巨大，尤其可見光透過 率低的染色玻璃可以減少許多的過亮晝光引入。
圖6-1 UDI(300-2000)因子效果圖
圖6-2 UDI(>2000)因子效果圖
6-2 建築耗能分析
由建築耗能變異數分析表(表 6-3、表 6-4)，對於空調耗能有顯著影響的因子 有室型、開口率、遮陽板深度、天花板反射率和玻璃材質(顯著水準(α)=0.01)，
其中天花板反射率影響效果相對較小(可參考圖 6-3)，推測應該是受到該水準的 照明系統發散熱影響(較多的人工照明會造成較多的發散熱)，而其餘因子對於空 調耗能的影響效果為-4.7～5.1 kWh/m2.a；至於照明耗能方面，雖然每個因子皆有 顯著影響(顯著水準(α)=0.05)，但影響效果較為明顯的僅有室型、開口率、天花 板反射率和玻璃材質，影響效果為-6.1～7.4 kWh/m2.a。
若將兩項耗能相加、進行ANOVA 分析(見表 6-5)，結果顯示每個因子皆有顯 著影響(顯著水準(α)=0.01)，亦表示無論各因子對空調和照明耗能的效果是否會 互相抵銷，皆會對空調和照明能源的總和造成顯著影響。
表6-3 空調耗能變異數分析表
平方和 自由度 平均平方和 F-value 是否具顯著影響 室型 3569.9 2 1785.0 384.6 是**
開口率 4282.6 2 2141.3 461.4 是**
遮陽板深 1529.9 2 764.9 164.8 是**
遮陽板位置 2.5 2 1.2 0.3 否 天花板反射率 286.4 2 143.2 30.9 是**
遮陽板反射率 18.5 1 18.5 4.0 是*
玻璃材質 23392.8 2 11696.4 2520.4 是**
誤差項 6701.1 1444 4.6 總和 39783.8 1457 註：**顯著水準(α)=0.01；*顯著水準(α)=0.05
表6-4 照明耗能變異數分析表
平方和 自由度 平均平方和 F-value 是否具顯著影響 室型 45455.6 2 22727.8 4897.6 是**
開口率 21320.8 2 10660.4 2297.2 是**
遮陽板深 32.9 2 16.5 3.5 是*
遮陽板位置 285.6 2 142.8 30.8 是**
天花板反射率 1556.3 2 778.1 167.7 是**
遮陽板反射率 94.0 1 94.0 20.3 是**
玻璃材質 7922.4 2 3961.2 853.6 是**
誤差項 5209.6 1444 3.6 總和 81877.2 1457 註：**顯著水準(α)=0.01；*顯著水準(α)=0.05
表6-5 空調和照明耗能變異數分析表
平方和 自由度 平均平方和 F-value 是否具顯著影響 室型 74108.5 2 37054.2 7984.7 是**
開口率 9479.0 2 4739.5 1021.3 是**
遮陽板深 1117.5 2 558.8 120.4 是**
遮陽板位置 283.4 2 141.7 30.5 是**
天花板反射率 3178.0 2 1589.0 342.4 是**
遮陽板反射率 196.0 1 196.0 42.2 是**
玻璃材質 4253.0 2 2126.5 458.2 是**
誤差項 20350.8 1444 14.1 總和 112966.2 1457 註：**顯著水準(α)=0.01；*顯著水準(α)=0.05
由圖6-3，可以看出影響空調耗能較大的因子為室型、開口率、遮陽板深和 玻璃材質。這是因為這些因子都直接關係到進入室內的輻射熱多寡，如室型和開 口率會決定該空間的開口面積大小，遮陽板深會影響遮陽板遮蔽日射和導光的性 能，不同玻璃材質的性能會影響穿透進來的輻射熱。值得注意的是，關於照明耗 能的圖6-4 中，可以發現前述的三個影響空調能源較大的因子(開口率、遮陽板深 和玻璃材質)，有著和空調耗能幾乎完全相反的趨勢，如開口率愈大，空調耗能愈 多而照明耗能愈少，這個現象主要是因為引進更多晝光而減少照明需求時，也會
需要更多的空調能源以移除進入室內的輻射熱。室型方面，可以觀察到窄長型室 型因較不利於晝光利用而有較高照明耗能，同時由於照明發散熱也會增加空調負 荷，因此，窄長型在照明及空調耗能上皆相對較高，寬長型則反之
大致而言，若要選出較佳的各因子水準(可參考圖 6-5)，寬長型的室型、60%
的開口率(中型開口)、較深的遮陽板、一比一的遮陽板位置、染色玻璃材質和較 高的材質反射率這些策略，對於節省能源會有較佳的效果。
圖6-3 空調耗能因子效果圖
圖6-4 照明耗能因子效果圖
圖6-5 空調和照明耗能因子效果圖
6-3 辦公人員生產力分析
由於此項指標的計算過於繁複而龐大，因此，本研究僅針對基線建築及柏拉 圖最佳解的方案進行人員生產力的計算及分析。
雖然在引用的人員生產力計算公式中，涵蓋了PPD、CO2濃度和作業面照度 所帶來的影響，然而，由於CO2濃度在人員生產力公式的計算中影響甚小，因而 可忽略之，作業面照度的不足可以由人工照明補足，作業面過亮所造成的不舒適 也因未在公式中反映，因此，此研究計算出來的生產力經濟損失，事實上僅和室 內的熱不舒適度有關係。
首先，由表6-6 可以看到基線建築的三種室型的年經濟損失都非常巨大，造 成這些損失的原因主要是人在室內的熱不舒適所引起，尤其高達80%開口率的窗 戶會導致大量的輻射熱進入室內，使得在強烈直達日射照射時的MRT 會大幅增 加，因而使得人員生產力變為不佳，進而造成經濟損失。
表6-6 三種室型基線建築的經濟損失
室型 開口率(%) 天花板反射率 玻璃材質 經濟損失(元/年) 窄長型 80% 0.5 清玻璃 42109 正方型 80% 0.5 清玻璃 57955 寬長型 80% 0.5 清玻璃 81139
然而，若針對柏拉圖最佳解的方案進行分析(見表 6-7)，可以發現除了其中一 個方案損失為3999 (元/年)外，其餘的經濟損失皆為 0 (元/年)，和基線建築的結果 相比，可以看出良好的外殼設計可以節省下相當大的人員生產力經濟損失。若探 究其原因，可以從全年工作時間內的MRT 分布進行探討。圖 6-6 是針對三種室 型的全年MRT 繪製盒鬚圖，柏拉圖最佳解的方案則是由各室型中各挑選一個作 為代表(表 6-7 中有打*號之方案)，並且所在位置皆為距離窗戶一公尺處，即使在 空調的環境下，室內空氣溫度皆能維持在舒適範圍內，但基線建築的極端MRT 溫度仍然可以高達45 (˚C)左右，而有較佳外殼設計的柏拉圖最佳解方案，除了可
以明顯的減少極端溫度的出現，第三四分位數(即圖形中「盒子」的上端)也都較 基線建築低不少，使得全年中因熱不舒適所引起的經濟損失降低許多。
表6-7 柏拉圖最佳解上方案的經濟損失(空調與照明權衡下的結果)
室型 開口率 (%)
遮陽板深
(m) 遮陽板位置 天花板 反射率
遮陽板
反射率 玻璃材質 經濟損失 (元/年)
*窄長型 80 1 一比四 0.9 0.5 清玻璃 3999 窄長型 80 1 一比二 0.9 0.5 Low-E 0 窄長型 80 1 一比二 0.9 0.9 Low-E 0 窄長型 80 1 一比一 0.9 0.9 Low-E 0 窄長型 80 1 一比一 0.9 0.9 染色 0
*正方型 80 1 一比二 0.9 0.5 染色 0 正方型 80 1 一比一 0.9 0.5 染色 0 正方型 80 1 一比二 0.9 0.9 染色 0 正方型 80 1 一比一 0.9 0.9 染色 0
*寬長型 60 1 一比一 0.9 0.9 染色 0 寬長型 60 1 一比二 0.9 0.9 染色 0 寬長型 60 1 一比一 0.9 0.5 染色 0 寬長型 60 1 一比二 0.9 0.5 染色 0 寬長型 60 1 一比四 0.9 0.5 染色 0 寬長型 60 1 一比一 0.6 0.5 染色 0 寬長型 60 1 一比一 0.5 0.5 染色 0
*為圖 6-6 中，比較 MRT 的方案
圖6-6 基線建築和柏拉圖最佳解方案的 MRT 分布比較
6-4 綜合分析
雖然人員生產力的經濟損失也是建築外殼設計考量的重點之一，然而，進行 所有方案分析的時間和人力過於龐大，而且柏拉圖最佳解的方案大部分的經濟損 失也皆為零，因此在本節僅探討建築能源和晝光利用的關係，不加入生產力的經 濟損失一起探討。
6-4.1 不分室型討論
圖6-7 中，比較了 1458 個不同的方案在建築耗能和晝光利用上的表現，縱軸 代表由下至上漸增的建築耗能，橫軸代表由左至右漸增的晝光利用指標，而為了 大致區分出較佳的情況，透過繪製建築能源和UDI(300-2000)的平均線，可以分 出四個區域，右下為擁有較低耗能和較多晝光利用的最佳區域，左上則兩者皆 差，右上和左下則代表建築能源和晝光利用其中之一表現較差。另外，由圖可以 看出室型對於分布有相當大的影響，尤其窄長型室型的方案幾乎都落於最差的區 域(同時有較差的晝光利用和高耗能)，而寬長型的方案則幾乎落於最佳區域，原
因主要是照明耗能的節能潛力較空調大，擁有較大開口的方案不但可以有較佳的 晝光利用，也可以節省相當可觀的照明耗能。
圖6-7 不分室型下，建築耗能和晝光利用比較
由於沒有一個方案是同時擁有最低的建築耗能以及最佳的晝光利用(即 UDI(300-2000)最高)，因此在圖 6-8 中，列出了幾個相對較佳的方案，由圖可以 看出這些方案無論在建築能源還是UDI(300-2000)，表現其實都相當接近，在圖 6-9 中，則是進一步再將空調及照明能源分開，並且同時列出過亮晝光
UDI(>2000)的部分，同樣也可以看出每項數據的差距也都不明顯。因此，以所有 的方案而言，這7 個方案有著最佳表現的建築外殼設計。
表6-8 則表列出了這 7 個最佳方案的選用因子水準。首先，可以注意到室型 皆為寬長型(9.80 m × 6.83 m)，而且開口率皆為第二水準的 60%，可以知道此種 室型的空間深度較短是有利於晝光利用的，同時又可以減少照明能源的需求，然 而，開口率若選擇第一水準的80%，又會造成過亮的晝光增加及增加空調負荷，
因此，60%的開口率和寬長型室型會是較佳的搭配組合；而遮陽板的部分，遮陽 板深度都為1 m，至於設置的位置和反射率則較無明顯一致性；玻璃材質的選 用，則都剛好選中染色玻璃，此種玻璃的特性為較低的可見光透過率和SHGC，
不過，在有著足夠開口面積的情況下，仍然有不錯的晝光利用表現，同時也可以 阻擋來自太陽的短波輻射。
不過，在有著足夠開口面積的情況下，仍然有不錯的晝光利用表現，同時也可以 阻擋來自太陽的短波輻射。