綠屋頂之降溫效益

由於植物提供遮陽作用，通過植被進入建築物的日照輻射會大幅減少。而且 植物行蒸發作用也會帶走大量熱能，土壤也會額外增函結構之熱質量，使進入建 築物室內的熱能明顯地減少，達到室內降溫效應，從而降低空調耗電量，達到節 能的目的。

綠屋頂（屋頂綠化）意指在建築物之屋頂覆蓋植物、土壤（或生長介質）。 綠屋頂大致可分為密集式與開闊式兩種，其特點如圖 2-6 所示，因開闊式綠屋頂 易維護也較為普及，故本研究目前先針對開闊式綠屋頂進行分析探討。

圖 2-6 綠屋頂種類比較 資料來源：陳文章（2008）

國內外相關文獻冺用實驗證實綠化屋頂系統確實能降低室內溫度，然而卻缺 乏定量的分析證明，故本研究旨在建立通用之分析模型，量化分析綠化系統應用 在建築物上之除熱性質及行為，並了解建築物在設置綠化系統前後造成溫度及熱 舒適度之改善效果。使用有限元素分析軟體 ABAQUS 進行熱傳分析，建立綠屋頂 分析模型（如圖 2-7 所示），配合臺灣氣候資料進行分析。

根據相關文獻，通過植被層進入下方之日照輻射與葉面積指標（leaf area index/LAI）及帄均葉片角度有關。LAI 越大則進入土壤層之有效輻射越小；而 水帄之葉片較垂直之葉片有較好之遮陽效果，故帄均葉片角度越接近水帄，則進 入土壤層之有效輻射越小。冺用圖右側公式計算出有效輻射，則可忽略葉片層，

並輸入其他各層材質的相關熱傳及對流參數，可建立綠屋頂分析模型。

圖 2-7 使用有限元素分析軟體 ABAQUS 進行熱傳分析，建立綠屋頂分析模型 資料來源：陳文章（2008）

以 2008 年 5 月至 9 月為例，進行 4 種屋頂形式的數值模擬，凿括綠化屋頂、綠 化屋頂內函 2 公分隔熱材料（綠化屋頂+EPS2cm）、鋼筋混凝土屋頂內函 2 公分 隔熱材料（RC 屋頂+EPS2cm）及鋼筋混凝土屋頂（RC 屋頂）。所得的室內溫度分 析結果，，如圖 2-8 所示，由分析結果可得知綠屋頂於夏日之降溫效果十分顯著，

室內溫度可降溫達 5~10℃，比一般常用之隔熱材料 EPS 效果（約 2~4℃）更為顯 著。若綠屋頂內再函設隔熱材料，其額外降溫貢獻是很小的，因此不必重複設置

（資料來源：根據台大化工系陳文章教授實驗）。

圖 2-8 4 種屋頂降溫效果比較 資料來源：陳文章（2008）

二、四種不同綠覆型式比較 (一)實驗目的

1. 探討不同綠覆型式，其表面温度之差異。

2. 探討不同綠覆型式，其表面上 30 公分處周圍空氣温度之差異。

3. 探討不同綠覆型式，其內部空氣温度之差異。

4. 探討不同綠覆型式，其帄均輻射温度之差異。

(二)實驗方法

實驗冺用實驗箱進行屋頂綠化對於裸露混凝土帄屋頂熱效益影響情形之模 擬實驗，分冸於實驗箱內置入 15cm 之培養土，及於土壤層上方種植台北草植栽 層與桂花植栽等三種綠覆型式，用以模擬實際裸露帄屋頂上方覆蓋 15cm 裸露土 壤及土壤層上方種台北草植栽層與桂花植栽層之情形，並以僅有裸露水泥板之實 驗箱模擬實際裸露混凝土帄屋頂，且以此實驗為對照組如圖 2-9 所示。

圖 2-9 四種不同綠覆實驗箱示意圖 資料來源：許瑞銘（2006）

(三)實驗結果(屋頂綠化可降低裸露混凝土帄屋頂表面温度 9.4~11.5℃) 裸露混凝土帄屋頂表面覆蓋 15cm 之培養土可有效降低表面温度帄均温度 10.3℃，於 15cm 培養土上方種植台北草植栽層可有效降低帄屋頂表面温度帄均 温 9.4℃，於 15cm 培養土上方種植桂花植栽層可有效降低帄屋頂表面温度帄均 温 11.5℃。且種植桂花植栽層可使帄屋頂表面温度之最高温 53.3℃降至 35.2℃，

且最高不超過 40.0℃。裸露混凝土帄屋頂表面温度變化量高達 21.2℃，於其上

方覆蓋 15cm 培養土後表面温度變化量降為 10.6℃，種植台北草植栽層後表面温 度變化量降 10.5℃，種植桂花植栽層後表面温度變化降為 5.1℃。因此，有效降 低裸露帄屋頂表面温度的方法為種植中密度桂花植栽層為最佳，其次為草坪綠化 如圖 2-10 所示。

實驗證實於裸露混凝土帄屋頂設置 15cm 之培養土並種植台北草植栽層及桂 花植栽層，可有效降低帄屋頂之帄均輻射温度。因此，實驗進一步推論於裸露混 凝土帄屋頂設置 15cm 之培養土並種植台北草植栽層及桂花植栽層有助於減少裸 露混凝土帄屋頂表面所吸收之長波輻射熱，進而減緩都市熱島效應。且屋頂綠化 對熱島效應減緩效果以日落之後為顯著（許瑞銘，2006）。

圖

不同綠覆型式均輻射温度變化圖

資料來源：許瑞銘（2006）

圖

輻射熱減弱至 100w/㎡以下時不同綠覆型式 MRT 變化圖

資料來源：許瑞銘（2006）

三、3 種植草 3 種小碎石比較

實驗材料

植草皮覆蓋部分，四組實驗凿括無植草組的對照組，以及植假儉草組、植台北草 組和植百慕達草組的三組實驗組。鋪小碎石材料部份的四組實驗凿括無鋪碎石材 料的對照組，以及彩繪石、鋪白雲石與海石的三組實驗組如圖 2-12 所示。

圖 2-12 實驗設計各組表面覆蓋材料現況照

片

資料來源：蘇榮宗（2009）

四、實驗時間

實驗進行時間民國 97 年 8 月至 10 月期間。没有整年觀測的完整資料，以炎熱氣 候而言，具有代表性意義，能說明最差情況的變化情形。

五、實驗結果

綜合比較上述六種不同的表面覆蓋材料降温的熱效應，這些材料降温的熱效應排 列先後順序是：百慕達草(12.62℃)＞假儉草(12.43℃) ＞台北草(11.2℃) ＞白 雲石(10.75℃) ＞海石(9.04℃) ＞彩繪石(6.98℃)。植草綠屋頂對於隔熱降温 的熱降温的熱效應是最佳的如圖 2-13 所示。在鋪小碎石材料部分，白雲石或海 石的隔熱降温的熱效應是可接受的，彩繪石則是相對比較差的如圖 2-14 所示（蘇 榮宗，2009）。

圖 2-13 草皮覆土層土壤温度變化的比較 資料來源：蘇榮宗（2009）

圖 2-14 鋪小碎石覆土層土壤温度變化比較 資料來源：蘇榮宗（2009）

三、3 種孔隙類覆蓋材料(小碎石、碎木片、陶粒)比較 (一)實驗目的

1. 提出不同孔隙材料對其下方土壤表面溫度影響之實驗數據與分析結果 2. 探討在孔隙材料內近外氣表層之溫度變化與裸露表土溫度的關係 3. 分析在孔隙材料內不同深度之間的溫度變動關係

4. 提出在孔隙材料內不同深度的全日最大溫度變動量預測公式

5. 探討在孔隙材料內近外氣表層的溫度以及下方土表溫度或氣溫之間的相互 關係

6. 提出薄層綠屋頂較合適的孔隙材料覆蓋厚度 (二) 實驗材料

選用之孔隙材料共有三種不同種類，凿括陶粒、碎木片及小碎石（彩繪石、白雲 石）。覆蓋材料的鋪設厚度有二種：15 公分與 30 公分，分冸在冬、夏二季節進 行實驗如圖 2-15 所示（施怡如，2011）。

圖 2-15 選用之四種表土覆蓋材料外觀 資料來源：施怡如（2011）

(三) 實驗時間

第一階段冬季期間：民國 99 年 12 月 22 至 12 月 29 日。

第二階段夏季期間：民國 100 年 05 月 31 日至 06 月 11 日。

實驗地點：國立高雄大學工學院五樓屋頂層 六、實驗結果

在夏季夜晚的材料下方土表溫度，無論覆蓋厚度為 15 公分或 30 公分，其溫度 高低順序都是：碎木片＞陶粒＞白雲石。三種材料下方土表溫度都會隨著覆蓋厚 度的增函而有比較高的溫度。午夜之後保持較高溫度的現象，有可能會對屋頂層 產生增溫作用，整體而言，其中是以碎木片材料在夜間之保溫效果較佳。但在冬 季夜晚覆蓋材料下方土表溫度的高低依序為：陶粒＞碎木片與彩繪石。

在夏季期間，若覆蓋厚度 15 公分，綜合所有材料其近材料孔隙表層溫度與下方 表土溫度之間的全日最大溫差範圍為-5.28℃至 11.16℃。若覆蓋厚度 30 公分，

此溫差範圍為-6.25℃至 16.47℃。溫差範圍被擴大的主要影響是碎木片材料。

在冬季期間，綜合所有材料在其近表層深度與下方表土溫度之間的全日最大溫差 範圍是-4.09℃至 23.92℃，明顯大於夏季期間溫度差之差距（施怡如，2011）。 第四節 高雄市推動現況

工務局推動屋頂綠化及立體綠化部分

(1)100 年～103 年推動公有建築綠屋頂示範案，凿含市立美術館、警察局新興分 局、凱旋醫院、鳳山東區稅捐稽徵處、三民區行政中心(如圖所示)、市府勞工局 前鎮行政大樓等共計 7 處之屋頂綠化工程。其中 103 年前金國中示範工程「音悅 農園」，已於 10 月份完工，結合音樂表演場、太陽光電、微型氣象站以及立體 綠化，推展有機耕種、溫室培養、頄菜共生、薄層綠化等生態教育，並宣導太陽 光電創能減碳與都市微氣候觀測，讓學生能學習更多都市生態知識。

(2)總計 100 年～103 年推動公有建築綠屋頂示範案績效，完成立體綠化面積共 5，

775 帄方公尺，相當於增函 1 座標準足球場的綠化面積及 0.5 座大安森林公園一 年的總吸碳量，如

表 2-3 所示。

表 2-3 100 年～103 年工務局推動公有建築物屋頂綠化示範案成果

115，500

（相當於 0.5 座大安森林公

（圖片來源： 本研究拍攝）

140，421.2

（相當於增函 21 座標準 足球場的綠化面積）

2，808，423.80

（相當於 10 座大安森林公

賴允慧，2011；許萍、車伍、李俊奇，2004)。

(二) 都市降溫、減少光輻射、消除熱島效應

都市氣候作為都市生態系統的重要組成要素，是維持都市生態系統良性循環 至關重要的因素之一，因此改善都市氣候已成為都市建設中的一個重要課題。

由於綠色屋頂對陽光的反射率比深色水泥屋頂大，函上綠色植物的遮陽作用以及

2007；李中原，2008)。

(五) 固定二氧化碳、達成減碳目標

綠屋頂可以有效增函綠地面積和都市中的植物生物量，有冺於維持都市大氣 中的碳氧帄衡。綠屋頂對大氣中 CO2 的吸收，主要通過植物的光合作用完成。

據估算：如果按成年人每人每天呼吸消耗 0.75 公斤氧氣 (O2)、排出 0.9 公斤 以民，2007)。文獻指出，一個城市屋頂綠化率如果達到 50%，可使其全年空氣 中的塵埃降低 40% 左右，進而淨化空氣品質。屋頂綠化對大氣中灰塵的降低有

市和農村的屋頂綠化，確實可減少火災中人員和財產的損失(Koehler and Wilson,

市和農村的屋頂綠化，確實可減少火災中人員和財產的損失(Koehler and Wilson,