第一節 研究緣起與背景
在全球暖化及能源價格高漲的時代，建築節能減碳是目前臺灣永續發展之重 要研究方向，在眾多建築節能策略當中，又以室內外遮陽、外牆隔熱與自然通風 等被公認為成本低且適合臺灣環境的作法。
當建築物具有良好建築外殼設計（例如室內外遮陽、低外牆熱傳遞係數）時，
可減少室外熱能傳入室內，以降低室內溫度，減少使用高耗電的冷氣空調來達到 節能效益。配合臺灣季風及地形關係，其通風可利用率（環境風速達 1.5 m / sec 以上時）甚至可達 40 ~ 65%，若建築物能妥善利用自然通風，在環境溫度不是特 別高的情況下，可使室內氣流速度達到舒適標準（0.1 ~ 0.5 m / sec），也能有效減 少空調的使用。近年來建築節能相關研究大多侷限於小規模實驗或數值模擬，卻 少有系統化且定量的實驗數據佐證，因此在推廣建築節能措施時，較難讓民眾瞭 解其改善效益，也不利民眾根據自家住宅條件挑選合適的節能策略。因此本計畫 預計建置兩組實驗屋（室內面積各約 14.5 平方公尺），分別作為實驗組與對照組。
本研究目標是：完成設計擴充性高之實驗屋，進行建築節能策略系統化之實 驗，針對節能減碳的目的作出數據化之效益評估，以利民眾根據自家住宅條件挑 選合適的節能策略。
最終完成實驗屋曝露於本土氣候條件下之室內外溫度、濕度、風速與太陽輻 射能等數據量測，並分析比較實驗組與對照組之結果差異，綜合整理出各種節能 策略之量化效益。本研究之重要性乃是透過實驗屋於真實臺灣氣候條件下之實驗 結果來探討各項節能措施對於室內溫度改善成效及量化實際隔熱效益，並找出適 合臺灣氣候的建築外殼節能措施，俾利後續建築節能策略推廣。
第二節 蒐集之資料、文獻分析
國內外關於各種建築節能策略之研究大多為小規模實驗或數值模擬，少有全 面性綜合探討各種策略之研究，根據小型實驗或模擬結果顯示這些策略均有不錯 的節能效益，但缺乏定量的實驗數據佐證。
壹、 室內外遮陽對於室內溫度之效果探討
Yu et al.（2008）利用分析軟體 eQUEST 計算各種節能措施在中國炎夏及炎寒 地區對空調耗電量的影響，結果顯示外殼遮陽（節省 11.31% 耗電量）及外牆隔熱
（節省 11.55% 耗電量）為最理想之節能策略。
Lai et al.（2011）利用分析軟體 eQUEST 探討不同屋頂型式、窗戶玻璃及遮陽 系統對住宅能耗之影響，窗戶玻璃之影響最為明顯，其次為遮陽系統，而屋頂型 式之影響為最少；使用 low-E 玻璃及箱式遮陽（如陽台）分別節省空調年耗電量 15.1%及 13.6%。
Bekkouche et al.（2011）探討如何透過建築物座向、隔熱及屋簷設計以降低沙 漠地帶之室內溫度，發現高比熱及高密度之材料（如石材）能提供最理想之熱質 量，而改變沒有外牆隔熱之建築物的座向對於室內溫度沒有明顯的改善效果，最 後建議加裝屋簷以達到較理想之室內熱舒適性。
Kim et al.（2012）提出一種外遮陽系統並透過實驗以探討其對於空調能耗之
量室內溫熱環境改善成效。實測結果可知外遮陽節能改善前，其太陽輻射熱得依 建築方位與開口率而定，約佔全體空間熱負荷 15％～50％，外遮陽改善後，量測 的結果顯示開口部位之外遮陽係數在量測期間可降低至 14％～0.3％，改善成效顯 著。
貳、 外牆隔熱對於室內溫度之效果探討
Pasupathy and Velraj（2008）做了兩個小型實驗屋，並在其中一個實驗屋的天 花板加上相變材料（phase change material 或簡稱 PCM），比較實驗與簡化模型模 擬分析出來之結果，確定模擬之準確性後，再利用模擬的方法分析使用兩層相變 材料對於實驗屋內部空氣的溫度改善效果評估，得知使用兩層相變材料可有效降 低室內溫度的振幅。
Jinghua Yu et al.（2009）利用類似 Ali Bolattürk（2008）的方法，並將 CDH 以 及 HDH 整合於同一公式中，以找出適合整年氣候的最佳化隔熱材料厚度，並比較 除了 EPS 以外的其他材料，例如 XPS（extruded polystyrene）、EPU（expanded polyurethane）、Perlite 等。結果顯示，以中國上海的南面牆為例，EPS 所能減省的 能源金額最大，XPS 為第二，其餘的效果則較差。
M. D’Orazio et al.（2010）建造真實的實驗屋，比較屋頂加裝隔熱材料（EPS）
後，造成室內溫度的變化：室內的高溫相對於室外可以降低 5 ~ 8oC 左右。此外，
比較不同的屋頂瓷磚對於室內舒適度的影響，以及屋頂加裝隔熱材料後，在屋頂 瓷磚和隔熱材料之間開了一個通風口道，觀察室內溫度的變化。實驗結果顯示，
屋頂使用陶土瓷磚、有開通風口道以及加裝 EPS，可以使室內的溫度相對室外減 少 10oC 以上。
林清裕（2011）以電腦模擬公寓住宅空調負荷與外牆隔熱效益研究，針對臺 灣公寓住宅建築進行全年熱負荷的電腦模擬解析。隨著標準住宅模擬方位的改變，
台北、台中、高雄最高熱負荷方位與最低熱負荷方位相差 3 ~ 4%的全年熱負荷量；
全年空調用電量約相差 12 ~ 19%。當台北、台中、高雄的中間層標準住宅外牆熱 傳透率加強至 2.50 W/（m2-k）時，各方位的全年熱負荷均能低於各地區標準住宅 中間層方位北、外牆熱傳透率 3.50 W/（m2-k）水準的熱負荷標準。
本研究團隊，吳昇威（2010）利用 ABAQUS 建構 2D 的平面有限元素模型以 及 2D 的立面有限元素模型，將建築外牆加入相變材料（簡稱 PCM），藉由相變化 所伴隨而來的能量吸收與釋放，達到白天吸收熱量以降低室內溫度、晚上釋放熱 量以增溫的效果。並定義耗電量指標 Power Consumption Index（PCI），用以分析 有加相變材料以及沒加相變材料的外牆對於室內耗電量的評估。結果，有加裝 PCM 的房屋，其室內溫度的改善比例大約為 8 ~ 10%。最後假定月高溫、月低溫以及月 均溫近似一條正弦函數曲線，模擬真實的溫度歷時。因此，若是需要分析 PCM 對 某地區的改善效益，只需取得月高溫、月低溫、月均溫，即可進行模擬分析，另 外亦發現近似溫度之曲線的分析結果與真實溫度歷時的分析結果，其相對誤差大 約只有 10%，算是相當準確。而除了臺灣氣候下，也有研究在不同國家氣候下使 用相變材料的改善效果，並提出相應的建議。
第三節 各章內容
第一章：略述本研究之動機與目的。回顧學者及本研究團隊所從事的相關研 究，最後簡述本文的內容。