綠屋頂表土覆蓋層隔熱效應相關研究

在低緯度地區，建築物的屋頂直接受太陽照射，很容易成為整棟建築物的溫度最高 部位。常見的建築物屋頂隔熱構造包括施做隔熱材料層或在屋面塗佈防水隔熱漆等。為 能更有效提高屋頂隔熱效果、降低室內溫度，屋頂綠化已逐漸成為讓都市降溫的重要探 討項目之一。

一、屋頂植栽綠化之熱效益研究

在國內外，有關於屋頂綠化隔熱降溫的相關研究，彙整說明如后。

(一) 張簡宏裕(2002)：屋頂覆土植栽之熱收支研究-以鵝掌藤植栽為例

將屋頂覆土植栽之熱收支機制分為植物層及土壤層，並進行植物層及土壤層對日射 熱能之熱收支特性探討。相關的研究成果摘要如下：

1. 對於屋頂總日射熱能，植物層提供之隔熱效果佔 80%，土壤層提供之熱阻機制 佔 20%，只有約 0.4%日射熱能穿透土壤層達到屋頂之樓板面。

2. 綠化屋頂透過植栽層及土壤層可減少熱流進入室內。

(二) 許瑞銘(2006)：屋頂綠化熱效益之研究

探討植栽綠化對裸露混凝土帄屋頂熱效益之影響以及不同綠覆形式熱效益之顯著 性與差異。相關的研究成果摘要如下：

1. 在裸露混凝土屋頂覆蓋 15 公分培養土，可有效降低屋頂表面帄均溫度 10.3℃。

覆蓋 15 公分培養土可使屋頂整日的表面溫度變化量由 21.2℃(裸露混凝土屋頂整 日的表面溫度變化量)降為 10.6℃，變化量相差一倍。

2. 在覆蓋 15 公分培養土的帄屋頂上方種植台北草，可有效降低屋頂表面帄均溫度 9.4℃。覆蓋台北草植栽層可使屋頂整日的表面溫度變化量降至 10.5℃。

3. 在覆蓋 15 公分培養土的帄屋頂上方種植桂花植栽層，可有效降低屋頂表面帄均 溫度 11.5℃。覆蓋桂花植栽層可使屋頂整日的表面溫度變化量降至 5.1℃。

屋頂綠化可使屋頂層表面溫度降低 9.4℃~11.5℃間，覆蓋種類則以桂花植栽層對屋 頂表面的降溫效果最佳，且屋頂綠化可使屋頂層整日的溫度變化量降低，有效改善屋頂 層之熱環境。

(三) 林姵均(2011)：不同屋頂綠化型式對屋頂隔熱效果影響之研究

比較草本、灌木及棚架三種不同屋頂綠化形式對屋頂表面之隔熱效果及時滯效應之 影響。相關的研究成果摘要如下：

1. 草本、灌木及棚架三種屋頂綠化型式皆具隔熱效果，灌木屋頂綠化施作前後，室 內天花板溫差約 12.2℃；草本屋頂綠化施作前後溫差約 11.1℃；棚架屋頂綠化施 作前後溫差約 9.3℃。

2. 草本及灌木屋頂綠化型式可降低室外屋頂表面溫度約 9.4~13.4℃，而棚架屋頂綠 化型式隔熱效果並不顯著，如圖 2-3-1 所示。

圖 2-3-1 不同屋頂綠化型式之室外屋頂表面最高溫度帄均數圖 (林姵均，2011)

(四) Eumorfopoulou, E. ＆ D. Aravantinos（1998）：The contribution of a planted roof to the thermal protection of buildings in Greece

在希臘當地氣候條件下，探討屋頂綠化植栽之熱性能以及對裸露屋頂層之熱效應差 異比較。相關的研究成果摘要如下：

1. 裸露屋頂層之表面溫度變化較綠化屋頂之表面溫度變化劇烈；一般綠屋頂表層溫 度變化約 15℃，裸露屋頂層溫度變化約 25℃。

2. 裸露屋頂層表面溫度高於每日最高太陽輻射溫度，夏季溫度高達 70℃，冬季則 可能低於-5℃。

3. 一般綠屋頂表層溫度在冬季不低於 5℃，在夏季的高溫很少超過 30℃。

4. 比較具隔熱層之裸露屋頂與無隔熱層之綠屋頂，無綠化之隔熱層裸露屋頂在其表 層量測的溫度較無隔熱層之綠屋頂溫度高。

無隔熱層裸露屋頂 具隔熱層裸露屋頂

無隔熱層之綠屋頂 具隔熱層之綠屋頂

圖 2-3-2 裸露屋頂、綠化屋頂與隔熱層之溫度變化 (Eumorfopoulou ＆ Aravantinos, 1998)

(五) Takakura et al. (2000)：Cooling effect of greenery cover over a building

利用實驗箱進行覆蓋材料之溫度量測，並探討水泥屋面及覆常春藤土層等不同覆蓋 型式的屋頂散熱效果。相關的研究成果摘要如下：

以常春藤覆蓋屋頂，其全天之氣溫非常穩定，帄均維持在 24℃至 25℃之間；反之，

混凝土屋頂的表面溫度，在白天近 40℃，夜晚則降至 20℃，變化相當劇烈。因此，常 春藤植栽之蒸散率對實驗箱內部空氣溫度具有降溫作用，相對於屋頂層同時具有良好 之隔熱效果，請看圖 2-3-3。

常春藤覆蓋屋頂和實驗箱內空氣溫度測量 水泥屋頂和實驗箱內的空氣溫度測量 TI：實驗箱內溫度，TO：外界空氣溫度，TS：土層表面溫度，TC：混凝土表面溫度

圖 2-3-3 實驗箱內溫度量測與模擬 (Takakura et al., 2000)

(六) Onmura et al. (2001)：Study on evaporative cooling effect of lawn gardens

探討屋頂草坪花園的熱傳導作用與蒸散效果，同時與裸露屋頂之溫度相互比較。相 關的研究成果摘要如下：

CaseA 為綠屋頂表面溫度，CaseB 為裸露屋頂表面溫度

圖 2-3-4 覆蓋草坪屋頂表面溫度之差異 (Onmura et al., 2001)

在高溫天氣情況下，屋頂草坪綠化可使屋頂表面溫度由 60℃下降至 30℃，顯示屋 頂草坪綠化具有相當幅度之降溫效果。屋頂草坪的蒸散作用為減少熱流進入室內的主 要因子，預估可減少 50％的熱傳導流入室內。

二、屋頂覆蓋物層之熱效益研究

國內外的相關研究成果彙整說明如后。

(一) 原圖芳信等人(1986)：屋頂水耕栽培設施對室內熱環境之影響

利用大阪市立大學農學院屋頂栽培水耕番茄實驗來探討屋頂層表面溫度及其下方 室內流入之熱量。相關研究成果摘要如下：

依據周立強、喻新(1993)的文獻指出，在夏季實驗，無綠化區屋頂表面溫度高達 50℃

以上，綠化區約 40℃。綠化區表面溫度明顯低於無綠化區 10℃以上，並使熱傳量進入 室內低於 2MJ/m²。兩區域對照室內溫度相差 2℃。

鋪設水耕番茄設施之屋頂可降低屋頂表面溫度，阻隔部分外在環境之熱量傳遞至建 築物屋頂層下方的室內空間。

（二）蘇榮宗(2009)：屋頂植草覆土層熱效應之研究

探討綠屋頂覆土層表面覆蓋物在夏季的降溫性能，並提出下方覆土層所需適宜的土 壤厚度。相關研究成果摘要如下：

1. 覆土深度 20 公分就能使土壤內溫度維持穩定。

2. 種植假儉草、台北草或百慕達草，分別可使土壤表面溫度降低 12.43℃、11.2℃

與 12.62℃。

3. 覆蓋 5 公分厚之彩繪石、白雲石或海石，分別可使土壤表面的溫度降低 6.98℃、

10.75℃與 9.04℃。

屋頂綠化不再只侷限於覆蓋綠色植物，小碎石鋪面也具有穩定地隔熱效果。在植草 組的實驗中，百慕達草之降溫效果最佳；小碎石組則以白雲石之降溫效果最明顯。此 外，在無植草與碎石鋪面之屋頂覆土情況下，覆土層厚度只需 20 公分，即可使底層之 溫度達到穩定。

(三) Surakha Wanphen (2009)：Experimental study of the performance of porous materials to moderate the roof surface temperature by its evaporative cooling effect

以多孔隙材料覆蓋屋頂表面，針對鵝卵石，石英砂，火山灰和矽質頁岩進行材料熱 性能與蒸發量之探討，其相關研究成果整理如下：

1. 多孔隙材料其蒸發性高，可以大幅降低屋頂表面溫度，較一般水泥屋頂鋪面之散 熱效果佳。

2. 多孔材料吸收水分之特性，有助於夜間材料表面保持低溫。

3. 直徑小於 4mm 及大於 10mm 之矽質頁岩，可使屋頂表面溫度分別降低 6.8℃及 8.6℃。直徑越大之矽質頁岩相對能能釋放更多潛熱。

蒸發冷卻是降低屋頂表面溫度的主要方法之一，利用多孔材料的保濕、蒸發特性，

能有效降低屋頂表面溫度，而材料顆粒之大小也會影響屋頂之降溫。此外，覆蓋多孔 性材料之屋頂層不需考量後期維護問題，建造成本相對較低，可替代目前之綠屋頂。

圖 2-3-5 覆蓋多孔材料屋頂之機制圖 (Surakha Wanphen, 2009)