第五章 全年能耗與環境滿意度分析
第一節 光環境
在第三章第一節裡提到本研究對於全年室內環境品質滿意度的分析,是藉由EnergyPlus 軟 體模擬計算各案例每一個房間全年的逐時環境狀況參數。這些參數,包括光環境的照度、室內
78
圖 5-1 C-1 案例 7/17-7/21 上班期間(09:00-17:00) 的逐時人工照明與自然採光變化 (資料來源:本研究繪製)
圖 5-2 C-1 案例 7/17-7/21 上班期間(09:00-17:00)室內逐時照度與照明滿意度變化 (資料來源:本研究繪製)
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
9 11 13 15 17 10 12 14 16 9 11 13 15 17 10 12 14 16 9 11 13 15 17
7/17 7/18 7/19 7/20 7/21
室內照度, lux
日期時間
自然採光 人工照明
0 300 600 900 1200 1500
0 20 40 60 80 100
9 11 13 15 17 10 12 14 16 9 11 13 15 17 10 12 14 16 9 11 13 15 17
7/17 7/18 7/19 7/20 7/21
照度, lux
滿意度, %
日期時間
照明滿意度 室內照度
79
圖 5-3 C-1 案例全年的室內照度分布曲線 (資料來源:本研究繪製)
圖 5-4 C-1 案例全年的室內照明滿意度分布曲線 (資料來源:本研究繪製)
0 20 40 60 80 100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
機率
, %
室內照度, lux
相對機率 累積機率
0 20 40 60 80 100
80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100
機率
, %
照明滿意度, %
相對機率 累積機率
80
表 5-1 各案例全棟各辦公空間的全年照度(lux)敘述統計
案例 最大值
第3
四分位數 中位數
第1 四分位數
最小值 平均值 標準差
P-1 1501 993 794 578 551 828 246.7 P-2 2116 1304 905 513 461 972 454.5 P-3 671 615 595 573 570 599 25.6 P-4 1102 838 662 518 500 691 168.1 P-5 3959 1487 1031 559 450 1140 664.8 T-1 1181 809 654 522 450 676 172.9 T-2 926 763 681 611 574 695 93.6 T-3 1148 725 570 424 405 595 171.1 T-4 3645 1402 1037 654 574 1175 614.3 T-5 2217 1444 999 564 506 1052 466 C-1 1710 916 764 597 582 813 241.4 C-2 990 567 466 398 364 500 128.6 C-3 1400 927 883 849 800 898 91.4 C-4 1238 606 506 450 364 550 174.7 S-1 2500 824 666 596 551 760 283.0 S-2 1581 1074 906 672 462 895 294.2 E-1 915 674 623 588 582 643 66.7 E-2 2942 1051 679 403 344 845 582.2 E-3 2553 854 721 650 582 788 266.7 E-4 4113 1156 977 770 601 1038 533.1
(資料來源:本研究彙整)
81
表 5-2 各案例全棟各辦公空間的全年照明滿意度敘述統計
案例 最大值
第3
四分距 中位數
第1
四分距 最小值 平均值 標準差 P-1 100 99 97 90 89 95 4.3 P-2 100 100 98 86 83 94 7.0 P-3 94 92 91 90 86 91 1.1 P-4 100 97 94 87 85 93 5.0 P-5 100 100 99 89 84 95 6.5 T-1 100 97 93 87 85 92 5.6 T-2 99 96 94 92 91 94 2.6 T-3 100 95 90 79 78 88 7.6 T-4 100 100 99 93 91 97 3.7 T-5 100 100 99 89 86 96 5.6 C-1 100 98 96 91 88 95 3.5 C-2 99 90 83 77 53 84 7.1 C-3 100 98 98 98 97 98 0.6 C-4 100 91 86 82 71 86 6.4
S-1 100 97 94 91 89 94 3.6
S-2 100 99 98 94 82 96 5.4 E-1 99 94 92 91 72 93 2.1 E-2 100 99 94 77 77 90 10.6 E-3 100 98 95 93 84 95 2.8 E-4 100 100 99 96 90 98 2.7
(資料來源:本研究彙整)
82
第二節 熱環境
ISO 7730 定義的熱舒適標準的 PMV 指標是四個環境參數:乾球溫度、相對溼度、平均輻 射溫度、空氣流動,與兩個人體參數:衣著量、活動量的函數。在這六個參數中,其中衣著量 和工作量兩個人體參數在模擬計算時,是取固定值。分別是代表夏天衣著量的0.5 clo,以及代 表辦公室活動量的1.2 met。另外風速,則是取一般辦公室常見的人體周圍的風速 0.3 m/s。空調 設定溫度則是配合政府的節能宣導,設定在26℃。
透過將各個案例的建築以及空調系統特性輸入至 EnergyPlus。配合案例所在地的全年氣象 資料,EnergyPlus 便能算出每一間居室的溫度、濕度和平均輻射溫度這三個參數。同樣以 C-1 案例做為範例來做說明。圖5-5 是位於四樓的某一間辦公室,在 7/17-7/21 上班期間(09:00-17:00) 室內溫度、濕度和平均輻射溫度的逐時變化情形。
圖 5-5 C-1 案例某間辦公室在 7/17-7/21, 09:00-17:00 室內熱環境的變化
(資料來源:本研究繪製)
有了溫度、濕度和平均輻射溫度這三個參數,加上風速、衣著量和活動量三個參數的假設 值,便能算出每一間居室全年逐時的 PMV。有了全年逐時的 PMV,就能算出其對應的 PPD,
再將 PPD 帶入熱環境滿意度(φ1)與 PPD 的關係式(5-2),便可求得每一個小時的室內熱環境滿 意度。圖5-6 顯示該間辦公室在 7/17-7/21, 09:00-17:00 期間的和熱環境滿意度。
40 45 50 55 60 65 70
24 25 26 27 28 29 30
9 11 13 15 17 10 12 14 16 9 11 13 15 17 10 12 14 16 9 11 13 15 17
7/17 7/18 7/19 7/20 7/21
相對溼度
, %
溫度
,
℃日期時間
平均輻射溫度 空氣溫度 相對溼度
83
−
PPD
1=1
ϕ (5-2)
圖 5-6 C-1 案例某間辦公室在 7/17-7/21, 09:00-17:00PMV 和熱環境滿意度的變化
(資料來源:本研究繪製)
表5-3 彙整了 20 個調查案例的包含最大值、第 1 四分位數、中位數、第 3 四分位數,和最 小值的全年室內溫度統計結果。從表 5-3 的結果顯示 20 個案例在空調運轉下,在 4/1-11/30 期 間,室內溫度除了在少數幾天涼爽的日子裡,室內溫度會低於設定溫度外,其餘的日子都維持 在設定的26℃。這也顯示,所有的模擬案例,並沒有冷氣制冷能力設計不足的問題。
表5-4 顯示 20 個案例的相對濕度統計結果。所有案例的平均濕度維持在 41%-76%。
表5-5 顯示 20 個案例的平均輻射溫度統計結果。所有案例的平均溫度維持在 28℃-31.4℃。
比較表 5-3 和 5-5 可以看到每一個模擬案例的平均輻射溫度都高於室內乾球溫度。當建築的開 窗面積越大,遮陽性能越不好,室內的平均輻射溫度就會遠高於乾球溫度。平均輻射溫度越高,
就會造成人體的越不舒適。如果要消除這一熱不舒適,就必須以降低溫度來彌補。但這樣一來 就會增加空調能耗。這也是一般帷幕大樓所常遭遇的大問題。
計算後的PMV 與熱境滿意度的敘述統計結果彙整於表 5-6 與表 5-7。20 個調查案例中,平 均PMV 介於 0.2-0.6 之間。熱環境滿意度介於 83-95%之間,且半數以上的案例其照明滿意度都 超過90%。特別強調因為 PPD 最低值是 5%,所以熱環境滿意度的最高值是 95%。
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0 20 40 60 80 100
9 11 13 15 17 10 12 14 16 9 11 13 15 17 10 12 14 16 9 11 13 15 17
7/17 7/18 7/19 7/20 7/21
PMV
滿意度
, %
日期時間
熱環境滿意度 PMV
84
表 5-3 各案例全棟各辦公空間的全年溫度(℃)敘述統計
案例 最大值
第3
四分位數 中位數
第1 四分位數
最小值 平均值 標準差
P-1
26.0 26.0 26.0 25.3 21.9 25.6 0.76P-2
26.0 26.0 26.0 26.0 26.0 26.0 0.00P-3
26.0 26.0 26.0 26.0 26.0 26.0 0.00P-4
26.0 26.0 26.0 26.0 23.7 26.0 0.12P-5
26.2 26.0 26.0 26.0 26.0 26.0 0.15T-1
26.0 26.0 26.0 26.0 22.1 26.0 0.29T-2
26.0 26.0 26.0 26.0 23.8 26.0 0.08T-3
26.0 26.0 26.0 26.0 25.9 26.0 0.00T-4
26.0 26.0 26.0 26.0 22.1 25.9 0.31T-5
26.0 26.0 26.0 26.0 25.3 26.0 0.02C-1
26.0 26.0 26.0 26.0 20.0 25.9 0.68C-2
26.0 26.0 26.0 26.0 24.0 26.0 0.07C-3
26.0 26.0 26.0 26.0 26.0 26.0 0.00C-4
26.0 26.0 26.0 26.0 26.0 26.0 0.00S-1
26.0 26.0 26.0 26.0 26.0 26.0 0.00S-2
26.0 26.0 26.0 26.0 26.0 26.0 0.00E-1
26.0 26.0 26.0 26.0 25.9 26.0 0.00E-2
26.7 26.0 26.0 26.0 23.8 26.0 0.09E-3
26.0 26.0 26.0 26.0 26.0 26.0 0.00E-4
26.0 26.0 26.0 26.0 22.1 25.9 0.42(資料來源:本研究彙整)
85
表 5-4 各案例全棟各辦公空間的全年相對濕度(%)敘述統計
案例 最大值
第3
四分位數 中位數
第1 四分位數
最小值 平均值 標準差
P-1
45 44 43 41 35 42 2.2P-2
55 50 49 46 34 48 3.2P-3
51 48 47 46 39 47 1.7P-4
51 49 48 46 29 47 1.9P-5
50 46 45 42 34 44 2.9T-1
66 61 58 51 39 74 3.6T-2
77 60 58 55 38 76 4.1T-3
52 49 48 47 39 48 2.1T-4
53 47 46 45 27 46 1.9T-5
56 47 45 45 39 46 2.0C-1
73 65 60 50 33 56 3.7C-2
53 49 48 45 39 47 2.9C-3
47 42 41 40 38 41 1.4C-4
52 44 43 42 37 43 2.2S-1
76 68 56 44 37 56 4.1S-2
52 45 44 42 38 44 2.3E-1
56 51 49 47 37 49 3.0E-2
77 46 44 44 42 45 3.3E-3
53 45 43 41 37 43 2.7E-4
51 45 45 43 37 44 1.5(資料來源:本研究彙整)
86
表 5-5 各案例全棟各辦公空間的全年平均輻射溫度(℃)敘述統計
案例 最大值
第3
四分位數 中位數
第1 四分位數
最小值 平均值 標準差
P-1
32.8 30.5 29.5 27.7 22.9 29.1 1.9P-2
33.9 30.0 29.2 28.4 25.7 29.2 1.2P-3
34.5 30.1 29.0 28.2 25.2 29.2 1.3P-4
33.7 30.8 29.8 28.7 24.0 29.7 1.4P-5
39.4 31.0 30.1 29.1 26.7 30.1 1.6T-1
32.6 30.5 29.5 28.0 22.6 29.2 1.6T-2
31.8 29.5 28.5 27.3 23.5 28.4 1.3T-3
32.6 30.0 29.2 28.2 24.7 29.1 1.2T-4
36.3 31.4 30.1 28.9 23.1 30.2 1.8T-5
38.5 33.3 31.5 29.5 24.0 31.4 2.4C-1
31.3 28.7 28.1 27.6 21.6 28.0 1.1C-2
34.4 29.3 28.7 27.7 25.1 28.7 1.0C-3
32.9 30.7 30.2 29.7 27.3 30.2 0.8C-4
33.6 29.5 28.8 28.2 26.2 28.9 0.9S-1
33.1 30.4 29.7 29.0 26.7 29.7 1.0S-2
35.1 30.8 29.9 29.2 27.0 30.0 1.1E-1
32.6 29.0 28.0 27.5 24.6 28.3 1.1E-2
39.4 32.0 30.2 28.5 22.6 30.3 2.5E-3
34.8 29.7 29.1 28.6 26.6 29.2 0.9E-4
32.9 29.4 29.0 28.5 23.7 28.9 0.9(資料來源:本研究彙整)
87
表 5-6 各案例全棟各辦公空間的全年 PMV 敘述統計
案例 最大值
第3
四分位數 中位數
第1 四分位數
最小值 平均值 標準差
P-1
1.0 0.5 0.4 0.1 -0.9 0.3 0.33P-2
1.0 0.4 0.3 0.2 -0.2 0.3 0.17P-3
1.0 0.4 0.3 0.2 -0.3 0.3 0.18P-4
0.9 0.5 0.4 0.2 -1.0 0.4 0.19P-5
2.6 0.5 0.4 0.2 -0.1 0.4 0.25T-1
1.1 0.8 0.6 0.4 -1.0 0.6 0.24T-2
0.9 0.6 0.5 0.4 -0.5 0.5 0.16T-3
0.8 0.4 0.3 0.1 -0.4 0.3 0.18T-4
1.3 0.6 0.4 0.2 -1.5 0.4 0.30T-5
1.6 0.9 0.6 0.3 -0.6 0.6 0.35C-1
0.9 0.5 0.4 0.3 -2.1 0.3 0.34C-2
1.0 0.3 0.2 0.1 -0.8 0.2 0.13C-3
0.7 0.4 0.4 0.3 0.0 0.4 0.10C-4
0.9 0.3 0.2 0.1 -0.1 0.2 0.11S-1
1.0 0.7 0.6 0.5 0.0 0.6 0.14S-2
1.1 0.5 0.4 0.3 0.0 0.4 0.14E-1
0.8 0.3 0.2 0.1 -0.4 0.2 0.15E-2
2.2 0.7 0.4 0.2 -0.9 0.4 0.35E-3
0.8 0.3 0.2 0.2 0.0 0.2 0.09E-4
0.8 0.3 0.2 0.2 -1.4 0.2 0.21(資料來源:本研究彙整)
88
表 5-7 各案例全棟各辦公空間的全年熱環境滿意度(%)敘述統計
案例 最大值
第3
四分位數 中位數
第1 四分位數
最小值 平均值 標準差
P-1
95 94 92 90 73 91 3.1P-2
95 94 93 91 76 92 2.5P-3
95 94 93 91 72 92 3.1P-4
95 94 92 90 73 91 2.8P-5
95 94 92 91 67 92 3.2T-1
95 91 86 83 70 87 4.6T-2
95 92 89 88 79 90 2.7T-3
95 95 93 91 82 93 2.1T-4
95 92 89 84 49 87 5.9T-5
95 93 87 79 42 85 9.2C-1
95 92 90 88 19 89 7.0C-2
95 94 93 92 74 93 2.0C-3
95 93 92 91 83 92 1.7C-4
95 94 94 93 79 94 1.5S-1
95 90 88 85 75 88 3.5S-2
95 93 92 90 71 91 2.5E-1
95 95 95 94 91 95 0.5E-2
95 93 86 77 15 83 11.5E-3
95 94 94 94 87 94 0.9E-4
95 95 94 92 55 93 3.5(資料來源:本研究彙整)
89
第三節 空氣環境
EnergyPlus 的另一項與其他建築能耗模擬軟體不同的功能,就是它能夠根據室內的人數以 及引入的外氣量計算房間的二氧化碳濃度。並透過公式(5-3)計算空氣品質的滿意度。在模擬計 算時,每一個案例的每一個房間的外氣量都是根據空調圖面上的實際外氣量輸入至EnergyPlus。
另外,模擬計算時,外氣的二氧化碳濃度是假設為400ppm。
90
表 5-8 各案例全棟各辦公空間的全年室內 CO
2濃度(ppm)敘述統計
案例 最大值
第3
四分位數 中位數
第1 四分位數
最小值 平均值 標準差
P-1 1034 1002 1008 1002 721 1010 12 P-2 687 677 679 677 579 679 3 P-3 1286 1150 1156 1075 597 1149 109 P-4 782 765 767 765 584 768 6 P-5 820 809 810 807 596 810 6 T-1 622 608 608 607 539 610 4 T-2 1057 866 884 859 598 946 85 T-3 862 849 851 849 570 851 9 T-4 669 645 653 642 549 651 9 T-5 1006 985 988 985 617 988 12 C-1 434 432 433 432 432 433 1 C-2 1172 862 864 670 558 898 203 C-3 1041 1029 1032 1029 593 1031 12 C-4 1358 1270 1273 1225 665 1266 64 S-1 770 758 759 757 565 759 6 S-2 1069 1051 1053 977 687 1029 40 E-1 885 772 780 770 564 823 54
E-2 無外氣引入
E-3 1279 1181 1218 1184 723 1221 37 E-4 863 689 693 576 517 722 106
(資料來源:本研究彙整)
91
表 5-9 各案例全棟各辦公空間的全年 IAQ 滿意度(%)敘述統計
案例 最大值
第3
四分位數 中位數
第1 四分位數
最小值 平均值 標準差
P-1 91 86 86 86 86 86 0.2 P-2 93 92 92 92 92 92 0.0 P-3 93 85 83 80 79 83 2.6 P-4 93 91 91 91 90 91 0.1 P-5 93 90 90 90 90 90 0.1 T-1 94 93 93 93 93 93 0.1 T-2 93 89 89 86 85 87 1.7 T-3 93 89 89 89 89 89 0.2 T-4 94 93 92 92 92 92 0.1 T-5 93 87 87 86 86 87 0.2 C-1 95 95 95 95 95 95 0.0 C-2 94 92 89 83 82 88 4.0 C-3 93 86 86 86 85 86 0.2 C-4 92 81 80 79 78 80 1.6 S-1 93 91 91 91 91 91 0.1 S-2 92 87 85 85 85 86 0.9 E-1 93 91 90 89 89 90 0.9
E-2 92 78 78 78 78 78 1.7
E-3 91 98 95 81 80 90 8.4 E-4 94 93 92 90 89 91 1.6
(資料來源:本研究彙整)
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表5-10 彙整了每一個月及主要的冷氣空調運轉期間(4/1-10/31)的室內環境品質綜合滿意度 的平均值。20 個調查案例中,在空調運轉期間,有 185 個案例其綜合滿意度高於 90%,有 40 個案例其綜合滿意度介於85%-90%,其餘 15 個案例其綜合滿意度低於 85%。
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第五節 空調與照明能耗
20 個調查案例的全年空調以及照明能耗的模擬結果,彙整於表 5-11。表 5-11 顯示這 20 個 案例每單位空調面積所消耗的空調能耗介於 159.2-739.5 kWH/m2,照明能耗介於 265.8-1672.9 kWH/m2,總能耗介於694-2313.9 kWH/m2。
表 5-11 各案例全棟各辦公空間的全年空調、照明及整體能耗統計
編號 Lighting HVAC Other TotalkWH kWH/m2 kWH kWH/m2 kWH kWH/m2 kWH kWH/m2 P-1 384340 36.7 278741 26.6 353358 33.7 1016438 96.9 P-2 266818 35.7 416354 55.7 251971 33.7 935143 125.1 P-3 455609 32.3 957283 67.9 474775 33.7 1887667 134.0 P-4 88621.2 36.1 381596 155.6 82616.4 33.7 552834 225.5 P-5 290970 30.6 457214 48.2 319964 33.7 1068149 112.5 T-1 561996 36.8 656172 42.9 441551 28.9 1659719 108.6 T-2 148763 15.9 264888 28.4 234727 25.1 648378 69.4 T-3 24188.4 29.9 72230.4 89.2 27302.4 33.7 123721 152.7 T-4 117086 43.2 332597 122.8 91238.4 33.7 540922 199.8 T-5 198004 29.4 446184 66.3 226915 33.7 871103 129.4 C-1 915851 74.0 968011 78.2 458536 37.0 2342398 189.2 C-2 171371 33.4 373658 72.7 173138 33.7 718168 139.8 C-3 151873 68.3 227570 102.4 74905.2 33.7 454349 204.4 C-4 1210860 33.1 3619721 98.8 1234307 33.7 6064888 165.6 S-1 606262 53.5 728521 64.2 382212 33.7 1716995 151.4 S-2 381352 36.9 664992 64.3 364154 35.2 1410498 136.4 E-1 85845.6 22.4 479725 125.1 129272 33.7 694843 181.1 E-2 36284.4 21.7 90604.8 54.3 56224.8 33.7 183114 109.7 E-3 71326.8 30.4 392465 167.3 79052.4 33.7 542844 231.4 E-4 259272 41.4 476950 76.1 211144 33.7 947365 151.2
(資料來源:本研究彙整)
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第六章 結果與討論
第一節 光環境
本研究透過對20 棟綠建築案例進行人工照明以及外氣引入量的設計條件檢討,以及進行全 年的室內環境品質與能耗量的模擬。
藉由DIAlux 照明軟體,本計畫逐一的對各棟標準層每一房間進行人工燈具的設計照度模擬 計算。每一個房間與其平均照度模擬結果的關係,整理如圖6-1 所示。在 20 個案例中,多數的 房間採用T5 省電燈具,但仍有部分房間採用 T8 燈具。圖 6-1 分別顯示這二種燈具的室內照度 和UPD 之間的對應關係。現行綠建築手冊建議的辦公室 UPD 是 15W/m2,從圖6-1 的結果可以 看到,對於T8 燈具而言其對應的室內照度大約是在 450 lux。在同樣的照度水準下,採用較節 能的 T5 燈具其 UPD 大約只需 12W/m2。若以此數據推估,採用 T5 燈具的大樓其 IDR 將會是 0.8(=12/15)。再觀察我們所調查的 20 案例中,其 IER 多數是 0.6 左右,所以很容造成其照明節 能指標EL 多數會在 0.5 以下。目前國際大廠已經開始陸續停產 T9 燈管,改推薦 T5 燈管。而 T8 燈管較 T5 耗電也逐漸減少,所以目前台灣廠商主要推廣的是 T5 燈管。因此,本計畫建議可 將UPD 的標準值適度降低,譬如辦公室的 UPD 從現行的 15W/m2降低至12W/m2。
圖 6-1 模擬案例標準層房間 UPD 與平均照度的散佈圖
y = 52.893x - 167.79 R² = 0.7258
y = 29.588x - 10.464 R² = 0.7633
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1,000
0 5 10 15 20 25 30
照度
, lu x
UPD, W/m2
T5 T8
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(資料來源:本研究繪製)
圖 6-2 模擬案例 IDR 與全年平均照明滿意度的散佈圖 (資料來源:本研究繪製)
圖 6-3 模擬案例 EL 與全年平均照明滿意度的散佈圖 (資料來源:本研究繪製)
82 84 86 88 90 92 94 96 98 100
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
照明滿意度.%
IDR
80 84 88 92 96 100
0 0.2 0.4 0.6 0.8
照明滿意度, %
EL
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藉由EnergyPlus 軟體,本計畫逐時模擬 20 棟案例,每一房間的工作面照度。根據模擬結 果,計算而得的室內平均照度與各棟的 IDR 關係,如圖 6-2。特別強調,全年模擬計算時的室 內照度是在包括人工照明與自然採光共同作用下的工作面照度,而不是只有人工照明下照度。
圖6-2 顯示,四件 IDR 小於 0.5 的案例,其平均照明滿意度會低於 90%,明顯低於其他案例的 照明滿意度。圖 6-2 的結果也顯示,當 IDR>0.7 時,全年的平均照明滿意度並不會持續上升。
當辦公室的IDR=0.5 時,其室內的 UPD 等於 7.5W/m2。復對照圖6-1,當 UPD=7.5W/m2時,室 內的照度將會不足300 lux,而不能達到 CNS 所建議的辦公室照度應介於 300-700 lux 的標準。
圖6-3 係 20 個調查案例的 EL 與其平均照明滿意度的關係。圖 6-3 中 EL 較低那四件案例正是 IDR 數值偏低的那四件案例。因此,本計畫建議 IDR 應有下限值的規範,以免設計者為了節省 照明能耗,而犧牲了照明品質。根據模擬的結果,合理的下限值是0.5。
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