第一章 緒論
第一節 研究緣起與背景
第一節 研究緣起與背景
建築物熱得除與建築外殼設計相關外，另與溫度、日射量、濕度等氣候條件息息相 關，進行建築物能源解析前必須掌握氣象要素，始能反應建築物真實熱負荷情況，據以 計算其能源使用量。我國綠建築評估系統已建構完成綠建築家族體系，包括基本型、廠 房類、社區類、舊建築改善類及住宿類等五種版本，其中廠房類與舊建築改善類之空調 耗能評估則仿 ASHRAE Standard 90.1 (ASHRAE 2010)導入能源成本評估法，該方法係 以動態解析軟體針對設計建築與標準建築進行分析，比較設計或改善前後的節能效率，
據以計算指標得分。由於建築耗能影響因子眾多，應用能源成本評估法時，若干模擬邊 界條件在設計與標準模型上需採用相同基準，始能相互比較，二者採用相同且為當地 長期代表性氣候氣象資料同步模擬，才能使結果具可信度。
我國現行使用外界氣候條件係基於 1998-2002 年間長期氣候資料所建立之平均氣 象年 TMY2 (林憲德 and 黃國倉 2005)。惟因時日已久，且僅有台北、台中與高雄等地 資料，已不敷反應近年之氣候變遷影響。本研究將以 1990-2012 年共 23 年為篩選基期，
除採用 TMY3 方法更新製作符合臺灣建築能源解析用具長期氣候代表性之平均氣象年 外，另增加產製臺灣各地，包括：台北、新竹、台中、嘉義、台南、高雄、花蓮及台東 等地之平均氣象年，俾利擴大應用範圍。
本研究之主題為：「臺灣建築能源模擬解析用逐時標準氣象資料 TMY3 之建置與研 究」，內容包括：
1. 透過建築能源模擬，分析各氣象要素(日射量、溫度、風速、濕度)對建築能 源模擬之敏感度，藉以建立平均氣象年於中選月份篩選程序時各氣象要素之 篩選權重，並以數值方法或經驗公式補遺各地原始氣象資料缺漏部分，俾利 進行中選月份篩選。
2. 完成建立臺灣地區平均氣象年標準製作程序與 TMY3 資料，並與歷史氣象年 進行比較，探討近期氣候變遷下，對於建築能源變動之差異與影響。
3. 挑選空調與自然通風型建築各一案，以電腦模擬方式與歷年氣候資料比對，
評估氣候變遷下之建築能源使用變化，提出我國住宅部門於全球氣候變遷下 之調適策略與因應對策。
本計畫之預期目標如下：
1. 完成建立臺灣北、中、南、東部氣候區等 8 處 TMY3 最新標準逐時氣象年，
更新既有建築能源模擬解析之外界氣象標準。
2. 與我國歷年既有之氣象年比較其對建築耗能變化情形，分析在氣候變遷下對 建築能源使用之衝擊，及提供能源成本評估法進行綠建築評估統一氣象輸入 標準應用。
3. 提出我國建築部門於全球氣候變遷下調適策略與因應對策，作為未來建築能 源變遷相關研究與對策之基礎資料。
建築物的空調耗能乃以移除室內的熱負荷為目的，而建築物的熱得除了與建築物 外殼設計良窳相關之外，又與當地外界氣候變化息息相關，其中又以溫度、日射量、濕 度等影響為最，所以在研究建築物能源解析之前尚須掌握大氣的諸多氣象要素，才能 真正計算並反應建築物內的熱負荷變動情況。無論建築能源解析或空調熱負荷計算，
為解析建築於一年中之能源消耗變化，所需計算之期距一般為一年份。然而，關於 外界氣象之邊界條件應取自何年之氣象數據以作為熱負荷計算用，始能真實反應該地 區 長 期 的 氣 候 變 動 並 排 除 極 端 之 氣 候 是 一 大 課 題 ， 而 「 標 準 氣 象 年 」 (Typical meteorological year, TMY)的主要功能即在於以一年份之逐時氣象資料假想年以代表長 期氣候之變化。
標準氣象年是由逐時的真實氣象資料以統計方式經過篩選而組成一年份之假想氣 象年(8760 小時)，實際上此一標準年並不存在，其意義在於能以一年份的假想氣象資料 來代表當地長期間的氣象變化，進而能夠以此一標準氣象年進行建築物耗能的研究，
使其模擬之結果具當地建築耗能之呈現而免除極端氣候之影響。在製作標準氣象年的 方法上，必須同時兼顧長期氣候變動與熱負荷分析結果兩者之代表性，以確保未來應 用於電腦模擬解析建築能源時，其結果之可靠度。由於其資料之主要運用用途在於建
築物之全年熱負荷計算上，因此其中的氣象要素，亦與熱負荷計算所需考慮之項目有 關，其關係如表 1-1 所示。
表 1-1 與熱負荷計算相對應之氣象要素
空調負荷來源 熱負荷項目 相關之氣象要素
建築外殼
壁體傳透熱 顯熱 乾球溫度、直達日射量、擴
散日射量
玻璃傳透熱 顯熱 乾球溫度、直達日射量、擴
散日射量
玻璃日射熱 顯熱 日射量、雲量
日射吸熱修正 顯熱 日射量、雲量
間隙風負荷 顯熱、潛熱 風速、風向、乾球溫度、相 對濕度
室內發散熱
照明燈具發熱 顯熱 照明吸熱修正 顯熱 人體發散熱 顯熱、潛熱 設備發散熱 顯熱、潛熱
新鮮外氣負荷 新鮮外氣負荷 顯熱、潛熱 乾球溫度、相對濕度 其他裝置負荷 顯熱、潛熱
其他 間歇空調蓄熱負荷 顯熱 (資料來源：本研究整理)
由上表可知，為了建築能源模擬所需之熱負荷計算有影響的氣候因子包括：1.外氣 乾球溫度 2.外氣濕度 3.法線面直達日射量 4.水平面擴散日射量 5.雲量 6.風速 7.風向等 七大要素。
製作此種標準氣象年在先進國家中各有理論方法，比較具代表性的如美國的 Weather Year for Energy Calculation (WYEC)(Crow 1980), Test Reference Year (TRY)(Festa
and Ratto 1993), Typical Meteorological Year (TMY)(National Climatic Center 1981),
Typical Meteorological Year 2 (TMY2)(Marion and Urban 1995), Typical Meteorological Year 3 (TMY3)(Wilcox and Marion 2008)；美英共同提出之 EnergyPlus/ESP-r Weather (EPW)(Crawley, Hand et al. 1999)；日本空調和衛生工學會的標準氣象資料平均年 (AYW)(Japanese Air-conditioning Standard Commision 1987)等，而本研究則擬採用美國於 2008 年公告最新 TMY3 之方法作為製作標準氣象年之理論依據，以與國際接軌。一 般而言，「標準氣象年」資料應該具備以下特點(林憲德 and 張思源 1987)：
1. 需具備長期氣候之代表性，排除極端氣候現象，並可以代表長期氣候的平均年變 動狀態。
2. 需具建築物全年熱負荷之代表性，以茲能夠模擬出一般建築物的耗能量。
3. 需具備一年 8760 小時逐時之氣象數據，以提供大型熱負荷電腦解析程式使用(如 DOE-2.2)，以計算建築物之全年熱負荷以及空調設備量。
關於能源解析用的「氣象年」一般可分為兩類。一種是由真實一年的氣象資料構 成，是由長期氣象資料中找出具氣候或能源計算代表性的全年資料，而成為一個氣象 年；另一種則是由各月份的氣象要素中依權重選取出具代表性的「平均月」，再將十二 個「平均月」連結成一個氣象年。本研究所製作的氣象年是屬於第二種，此由不同年份 之各月份所組成的氣象年謂之「平均氣象年」，又因製作出之格式符合 TMY3 格式之標 準，故稱「TMY3 標準氣象年」。