1-1 研究動機
人類史中，自從工業革命的到來，所有的科技和物質生活都有了日新月異的 快速發展，然而，卻也造成了能源的大量消耗和環境的破壞，而建築能源又是佔 了人類生活中很大的一部分，因此，要如何有效的節約建築所耗費的能源，一直 是很受到重視、和持續被探討的議題。
以台灣位在的亞熱帶地區而言，全年強烈的直達日射常常會造成建築室內環 境的高溫，為了維持室內的舒適度，往往會需要大量的空調能源來移除熱量。因 此，在台灣常見的解決策略有增設外遮陽板、縮減開口率、改變使用的玻璃材質 等，藉由阻擋或減少直射進入室內的輻射熱來降低冷房負荷，但是，這樣的作法 同時也阻絕了部分的晝光進入室內，而可能造成因室內照明不足而需要人工照明 補足的情況，如此一來，也會造成照明的能源需求增加，除此之外，人工照明的 發散熱也會造成部分的冷房負荷，所以建築外殼的節能設計必須謹慎權衡這之間 的取捨。
而除了能源上的議題外，建築環境內的舒適度也是需要被重視的，尤其在輻 射強烈的台灣，建築開窗的設計很容易影響到室內人員的視覺舒適度，過大的開 口容易造成過亮的晝光進入室內，造成眩光的情形而影響到工作效率，但是一味 地降低開口，也會造成晝光利用的效果變差，而無法滿足一般人心裡對於室內晝 光的需求。除此之外，人體若直接接受到進入室內的直達日射，也會造成相當的 熱不舒適，因此，如何在建築開口設計外遮陽板時，同時考量建築能源和視覺舒 適度，是個複雜但值得深入探討的議題。
1-2 研究目的
為了瞭解不同外殼設計對於建築能源和室內舒適度的影響，本研究的目的如 下所列：
(一) 探討各建築外殼設計因子對建築能源及視覺舒適度的影響效果：
建築外殼設計相關的因子繁多，如開口大小、遮陽板的設計等，為了逐 一了解每項因子對於建築能源、視覺舒適度的影響，本研究採用了建築能源 和光環境的模擬工具，對全因子水準配列、不同外殼設計的1458 個之樣本進 行模擬，最後針對模擬的結果進行分析和討論。
(二) 探討在設計建築外殼時，建築能源和視覺舒適度之間的關係：
透過柏拉圖最佳解的概念，挑選出若干個擁有較佳建築節能和視覺舒適 度的方案，並比較方案之間建築能源和視覺舒適度的權衡關係，以作為決策 者做決定時的參考。
(三) 計算人員工作效率以進行經濟評估：
由於建築能源和視覺舒適度分屬不同類型的指標，沒有辦法在同樣的基 準下進行比較，而因此難以再從柏拉圖最佳解前緣(Pareto Front)中挑出最佳方 案。透過過去文獻的生產力計算公式，可將室內環境品質(作業面照度、熱舒 適度、環境噪音和CO2濃度)轉換為室內人員效率，進而評估經濟上的價值，
並由此嘗試找出最佳方案。
1-3 研究流程
關於本研究整體的研究流程，可參考圖1-1。研究的最一開始，首先從文獻 中回顧過去在建築外殼設計上的策略，包含建築節能、晝光利用等等的目標，以 了解常用的設計手法和相關的理論背景知識，除此之外，透過閱讀較為近期的文 獻，也有助於掌握現今較為進步的模擬工具和新發展的指標或概念，藉此方能訂 定數個影響力較大的因子並選取適當的因子水準，並且挑選較為準確和合適的模 擬工具進行模擬研究。
在選取適當的因子及水準後，即進行全配列組合的1458 個模擬樣本。本研 究為求模擬結果的精準，採用了已驗證過且在學術界應用廣泛的EnergyPlus 和 DAYSIM，分別針對建築能源和建築光環境進行模擬。EnergyPlus 負責輸出各個 方案的建築耗能(包含了空調及照明耗能)，然而在照明耗能的計算上，需仰賴 DAYSIM 的晝光模擬資料轉換為照明開關的時程表，由於軟體間資料的輸出輸入 和資料判斷等工作量龐大，因此，此處由Matlab 軟體作為軟體間合作和進行簡單 計算的平台。DAYSIM 還會另輸出視覺舒適度指標 UDI (Useful Daylight Index)，
以用來評估視覺舒適度的表現。
此外，為了讓視覺舒適度和建築能源在數個最佳解中，能再進一步加以比 較，本研究將最佳的幾個方案，室內環境品質(Indoor Environment Quality)轉換為 人員生產力，以提供經濟的比較基準，由於此計算需要的環境因子包含了作業面 照度、熱舒適度、環境噪音和CO2濃度，因此，需要EnergyPlus 和 DAYSIM 輸 出所需的資料以進行後續計算。
最後，根據計算出來的建築耗能、視覺舒適度指標和人員生產力，進行 ANOVA 統計分析以了解各因子的影響是否顯著、討論各因子水準的影響力，並 且討論幾組擁有最佳性能表現的方案，同時也探討建築能源和視覺舒適度的關 係。
研究動機與目的 進行相關文獻回顧 列出欲改善因子和設定水準
DAYSIM:
進行室內光環境模擬
根據照明點滅控制邏輯 進行點滅時程判斷 EnergyPlus:
進行全年能源與熱環境模擬
進行ANOVA分析，討 論各因子的影響力
提出數組最佳方案
作業區域照度
室內人工照明 點滅時程
視覺舒適度 指標: UDI 照明耗能
空調耗能 PPD
CO2濃度
全年總耗能
（空調＋照明）
人員生產力
進行因子的全配列組合，
一共1458個模擬樣本
圖1-1 研究流程