第三章 熱質量在辦公建築的應用
第三節 熱質量在辦公大樓的運作機制
究的重點之一。因此，選定兩種空調運行模式，說明如下：
常時空調運行模式：每日 00:00 ~ 24:00，設定溫度為 26°C。
間歇空調運行模式：每日 08:00 ~ 18:00，設定溫度為 26°C。
夜間通風運行模式：每日 08:00 ~ 18:00，設定溫度為 26°C。00:00 ~ 07:00 通風 2ACH。
(一)牆體的貫流熱
圖 3-9 顯示重質量和輕質量兩種類型的西向外牆與屋頂在 6/26~7/4 的逐時貫 流熱。從圖中可以明顯看到熱質量的”振幅削減”和”時間延後”的兩大效應。輕質 量構造的牆體或屋頂因為其熱惰性指標 D 值只有 0.54 和 0.62，幾乎無蓄熱效果，
所以其貫流熱的變化幾乎和外氣溫度的變化同步，所有的貫流熱幾乎都是發生在 白天的 08:00~18:00 之間。相對的，重質量構造的牆體或屋頂因為其熱惰性指標 D 值達 2.32 和 2.46，有很好的蓄熱效果，其貫流熱的變化與輕質量外牆有明顯 的的”時間延後”現象，大約延後了 8-9 小時。在”振幅削減”方面，以屋頂為例，
在 6/26~7/2 這段期間，輕質量屋頂最大的貫流熱為發生在 7/1 12:00 的 5.05 MJ/hr，
而重質量屋頂發生在同日的 19:00 的 1.71 MJ/hr，只剩 34%。
圖 3-10 顯示了兩種類型的西向外牆與屋頂在主要空調季節(4-10 月)的貫流 熱累積值。圖中用兩種方式來統計空調季節的貫流熱總和。在圖中左半部，我們 統計 00:00~24:00 全天的總和。由於牆體熱質量僅能儲存熱量，無法減少熱量，
所以可以看到不論是輕質量或者重質量的外牆，其在空調季節全天傳入的貫流熱 總和是相同的。在圖 3-10 中右半部是另一種統計，我們只統計白天上班開空調 時間(08:00~18:00)內的貫流熱總合。首先，先比較輕質量外牆或屋頂在全天和白 天貫流熱總和的差異。由於輕質量構造幾乎無蓄熱能力，對貫流熱未能產生時間 延後效應，所以不論是西向外牆或者屋頂，其白天的貫流熱總和幾乎和全天的總 和相同。相反的，我們可以看到重質量構造的蓄熱能力產生之時間延後效應，使 得其白天的貫流熱總和遠低於有相同 U 值的輕質量構造的貫流熱總和。對屋頂 而言，重質量構造在白天的貫流熱總和僅為輕質量構造的 38%；對西向外牆而言，
僅剩 27%。
(a) 西向外牆
(b) 水平屋頂
圖 3-9 兩種外牆與屋頂的逐時貫流熱 (資料來源：本研究繪製)
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
1 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 24
6/26 6/27 6/28 6/30 7/1 7/2 7/3 7/4
貫流熱, MJ/hr
時間
輕質牆 重質牆
-1.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
1 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 24
6/26 6/27 6/28 6/30 7/1 7/2 7/3 7/4
貫流熱, MJ/hr
時間
輕質屋頂 重質屋頂
圖 3-10 兩種外牆與屋頂在 4~10 月的總貫流熱 (資料來源：本研究繪製)
(二)顯熱負荷
在圖 3-10 中我們雖然看到由於熱質量的時間延遲效果使得外牆或屋頂的貫 流熱可以大幅度的從白天轉移到夜間。若是採用常時空調運行模式，在不論在白 天或者夜間都有空調，這些移轉到夜間的熱量，終將成為空調負荷。就如圖 3-11 所示，有重質量外牆或屋頂的單元辦公室，在白天有相對較低的顯熱負荷，但是 在夜間卻有較高的顯熱負荷。
若是採用間歇空調運行模式，只在白天上班時段(08:18:00)有空調，在夜間 下班時段(18:00-08:00)沒有空調，藉由熱質量蓄熱能力轉移到夜間的熱量，將會 造成單元辦公室在下班時段室內溫度的上升，如圖 3-12 所示。雖然如一般認知 的，夜間室溫的上升會使得隔天早晨空調開機時負荷的增加；但是從另一個方面 來看，熱質量蓄熱效果導致的夜間室內溫度的上升，也並非全然無助於降低空調 負荷。因為室內空氣溫度的上升，會使縮小牆體內側表面溫度和室內空氣溫度之 間的溫度差，這是有助於阻擋儲存在壁體內的熱量繼續往室內釋放。特別是在深 夜到清晨這段時間，外氣溫度通常較低，此時有可能室內溫度高於外氣溫度，則
0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500
西向外牆 水平屋頂 西向外牆 水平屋頂
全天(00:00~24:00) 白天(08:00~18:00)
貫流熱或顯熱負荷, MJ
輕質構造 重質構造
蓄積在牆體裡原本要往室內釋放的熱量有機會往回傳到室外，從而減輕空調負 荷。
(a) 西向外牆
(b) 水平屋頂
圖 3-11 不同外牆與屋頂單元辦公室常時空調的逐時顯熱負荷 (資料來源：本研究繪製)
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
1 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 24
6/26 6/27 6/28 6/30 7/1 7/2 7/3 7/4
顯熱冷負荷, MJ/hr
時間
輕質牆 重質牆
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0
1 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 24
6/26 6/27 6/28 6/30 7/1 7/2 7/3 7/4
顯熱冷負荷, MJ/hr
時間
輕質屋頂 重質屋頂
(a) 西向外牆
(b) 水平屋頂
圖 3-12 不同外牆與屋頂單元辦公室間歇空調的逐時室溫 (資料來源：本研究繪製)
圖 3-13 顯示採用間歇空調運行模式下，有不同外牆或屋頂熱質量時，單元 辦公室在 6/26~7/4 的逐時顯熱負荷。若對照圖 3-11 與圖 3-13，因為夜間蓄積在 室內的熱量，特別是有重質量外牆或屋頂的單元辦公室，可以發現在採用間歇空 調模式時，於每天上午的顯熱負荷都比常時空調模式同一時段的冷負荷高了許多。
整體而言，採用間歇空調模式時的總顯熱負荷還是比採用常時空調模式的低。
25 26 27 28 29 30
1 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 24
6/26 6/27 6/28 6/30 7/1 7/2 7/3 7/4
溫度, °C
時間
輕質牆 重質牆
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
1 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 24
6/26 6/27 6/28 6/30 7/1 7/2 7/3 7/4
溫度, °C
時間
輕質屋頂 重質屋頂
(a) 西向外牆
(b) 水平屋頂
圖 3-13 不同外牆與屋頂單元辦公室間歇空調逐時顯熱負荷 (資料來源：本研究繪製)
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
1 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 24
6/26 6/27 6/28 6/30 7/1 7/2 7/3 7/4
顯熱冷負荷, MJ/hr
時間
輕質牆 重質牆
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0
1 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 24
6/26 6/27 6/28 6/30 7/1 7/2 7/3 7/4
顯熱冷負荷, MJ/hr
時間
輕質屋頂 重質屋頂
(三)夜間換氣
因為深夜到清晨這個時段外氣溫度通常較低，此時可以利用夜間換氣引入較 低溫的外氣，將因重質量外牆或屋頂的蓄熱能力所轉移至夜間的熱量排除，以避 免其留到隔天成為空調負荷。以有重質量屋頂的單元辦公室為例，在深夜到清晨 (00:00-07:00)這段時間每小時引入 2 回的外氣，圖 3-14(a)顯示這樣的夜間換氣可 以明顯的將室內溫度降低。與無夜間換氣的情況相比，有夜間換氣的室內溫度，
即是在炎熱的 6/26~7/4 這段期間於空調開機運行前(08:00)大約可以降低 2~3°C 的程度。圖 3-14(b)顯示夜間換氣對顯熱負荷產生的影響。可以注意到有進行夜 間換氣的單元辦公室其每天上午都有較低的顯熱負荷，這就是因為夜間換氣利用 較低溫的室外空氣排除了原本蓄積在室內的熱量。如果這些熱量不被排除至室外，
則一定會成為上午的空調負荷。
圖 3-15 彙整了於間歇空調運行模式下，有輕質量構造、重質量構造、以及 重質量構造配合夜間換氣三種情境單元辦公室在 4-10 月主要空調期間的顯熱負 荷的總和。透過這張圖，我們可以了解熱質量和夜間換氣對辦公室建築的空調負 荷的影響。在西向的單元辦公室，在外牆的熱傳透率 U 值相同的情況下，使用 輕質量構造的外牆，4-10 月的顯熱負荷總和為 6,152 MJ，使用重質量外牆顯熱 負荷總和降為 5,981 MJ(98%)，若再配合夜間換氣則可降至 5,524 MJ(90%)。在水 平屋頂的情形，若使用重質量屋頂，以及重質量屋頂加夜間換氣，則 4-10 月的 顯熱負荷總和可以從使用輕質量屋頂的 8,947 MJ，降至 8,486 MJ(95%)、7,672 MJ(86%)。
(a)室內溫度
(b)顯熱負荷
圖 3-14 夜間換氣對重質量屋頂單元辦公室的室溫度顯熱負荷影響 (資料來源：本研究繪製)
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0
1 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 24
6/26 6/27 6/28 6/30 7/1 7/2 7/3 7/4
顯熱冷負荷, MJ/hr
時間
無夜間換氣 有夜間換氣 25
26 27 28 29 30 31 32 33 34
1 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 8 18 24
6/26 6/27 6/28 6/30 7/1 7/2 7/3 7/4
溫度, °C
時間
無夜間換氣 有夜間換氣
圖 3-15 熱質量和夜間換氣對單元辦公室 4-10 月顯熱負荷影響 (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 9,000 10,000
西向 屋頂
顯熱冷負荷
貫流熱或顯熱負荷, MJ
輕質結構 重質結構
重質結構+夜間換氣