能源消耗

隨著經濟的快速成長，都市不斷的向外擴張，規模也愈來愈大，都市熱 島效應也逐漸增強。與此同時，建築周遭溫度上升又會對建築的冷負荷、空 調系統的 COP、以及最終的空調能耗及室內熱舒適程度會產生直接影響 (Bueno, Pigeon, Norford, Zibouche, &Marchadier, 2012; C.Li et al., 2014)。目前市面上有包含 EnergyPlus、eQuest、TRNSYS、DOE-2 等來協助評 估與規劃建築的供暖和製冷設計。這些軟體需要一份氣象資料來計算建築的 熱量需求。而這份氣象文件大多數是使用典型氣象年(Typical Weather Year, TMY)或者採用周邊的或郊區的氣象站資料。然而，這些氣象資料不容易反映 都市熱島效應導致的都市區域之間的能耗差異。

為了製成台北各網格每一小時的局部氣象資料，根據 Lin 等人在 2018 年的研究成果進行計算，利用擬態演算法(Morphing approach)來產生每個網 格的逐時空氣溫度與相對溼度資料，如(式 5)-(式 6)。以台北的標準氣象站 的逐時溫度(T0)、月均溫(T0,m)和逐時相對溼度(RH0)做為計算的基準值，並 根據 Lin 等人利用地理資訊系統 (Geographic Information System, GIS) 所提供之建築面積(B)、道路面積(R)、綠地與水體面積(G)等資料建立之ΔTm, αTm, αRHm 等氣象因子的多元迴歸式，計算每個網格的ΔTm, αTm, αRHm，

如(式 7)-(式 8)。該迴歸式的計算範圍考量到周遭環境與中心觀察點距離，

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以及常年風向等問題。採用的環域大小為 100×100 m2，並根據台北夏季吹西 南風、冬季吹東風的常年風向將 100×100 m2 的環域分成內層上風區(inside upwind; i,u)、內層下風區(inside downwind; i,d)、外層上風區(outside upwind; o,u)和外層下風區(outside downwind; o,d)等 4 層，具體分類方法 如圖 2-30。

T=T0+ΔTm+αTm(T0-T0,m) –(式 4)

RH=RH0 (1+αRHm) –(式 5)

ΔTm= 2.44×Go,u -5.59×Gi,u +0.66×Go,d -0.39×Gi,d +1.13×Bo,u +5.25

×Bi,u-1.64×Bo,d +6.27×Bi,d +4.06×Ro,u +6.60×Ri,u -1.88×Ro,d -3.91×

Ri,d -0.57 –(式 6)

αTm = -0.76×Go,u +0.27×Gi,u -0.68×Go,d +0.53×Gi,d -0.07×Bo,u +2.37×Bi,u -0.07×Bo,d -0.78×Bi,d -3.82×Ro,u +0.16×Ri,u +0.02×Ro,d +3.59×Ri,d +0.08 –(式 7)

αRHm = -0.05×Go,u +0.55×Gi,u +0.05×Go,d -0.02×Gi,d -0.21×Bo,u +0.17×Bi,u +0.27×Bo,d -0.70×Bi,d -0.09×Ro,u -0.37×Ri,u +0.12×Ro,d +0.23×Ri,d +1.09 –(式 8)

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圖 2-30 網格環域示意圖 (資料來源：本研究製作)

本研究以一棟台北常見且有良好隔熱之透天住宅為模擬對象。主要結構 為鋼筋混凝土。總樓地板面積為 102.6m2。共 3 層樓高，同時等同綠建築手 冊定義公寓建築之一戶用電量設定，一層樓為客廳、餐廳和廚房(LDK)，二和 三樓各有二間臥室。具體配置及開窗部位可參考圖 2-31。牆體構造、遮陽系 統、開口比例、玻璃、照明、電氣、使用人數及時間表等設定如表 2-6。LDK 與四個臥室皆有一台一對一分離式空調，C.O.P 皆為 3。由於住宅建築通常是 混合通風模式(自然通風與空調混用)，故分別模擬在全年空調情況下的空調 能耗以及自然通風模式下的室內操作溫度。自然通風模式與空調模式的控制

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溫度分別為 21°C 和 26°C。以 ASHRAE Standard 55 建議的 80%可接受度上限 溫度做為判斷是否使用自然通風或者開冷氣的依據。一旦室內操作溫度高於 上限時，就需要使用冷氣降低室內溫度。ASHRAE Standard 55 建議的上限溫 度(Tmax)是大氣月平均溫度(Tom)的函數，如式 9。根據台北氣象站提供的 12 個月的大氣月平均溫度在 17.5-31.0°C，換算得到的 Tmax 介於 26.7-30.9

°C。

Tmax=0.31× Tom+21.3 –––––(式 9)

圖 2-31 標準住宅平面圖

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但仍有一半的時間需空調輔助。11-4 月期間，最低溫網格可完全依靠自然通 風，最高溫網格除了 4 月與 11 月這二個月份需要部份空調協助，其它時間也 幾乎採自然通風就可維持在舒適範圍內。

圖 2-34 則是特別針對熱季(5-10 月)繪製的台北市區可自然通風時數分 佈圖。從圖可知，市區大多數網格(41%)在熱季的自然通風時數為 1990-2420 小時，另有 18%的網格的自然通風時數只有 1560-1990 小時。郊區或是公園 綠地等區域的自然通風潛力較大，通常有 2850-3710 小時可自然通風。

圖 2-32 最高溫網格每日可自然通風時數 (資料來源：本研究製作)

0 4 8 12 16 20 24

1 /1 2 /1 3 /1 4 /1 5 /1 6 /1 7 /1 8 /1 9 /1 1 0 /1 1 1 /1 1 2 /1 1 2 /3 1

時數

NV AC Date

60

61

(資料來源：本研究製作)

利用生成的各個網格氣象資料模擬同一東標準住宅在台北各區域的空調 能源耗用強度(Energy use intensity, EUI)，即每單位米平方的樓地板面積 所耗費的能源用量。能源耗用強度是一種廣泛使用的建築能源耗用表示的指 標。EUI 定義是指將單一棟建築物於單位時間(通常為 1 年)內的總耗電量，

除以該建築物總樓地板面積[kWh/(m2‧yr)] 。而建築設計隔熱遮陽不佳、通 風採光不良、嚴重西曬、設備超量、設備效率差、生活習慣不良，都會造成 用電強度 EUI 上升，因此用電強度 EUI 是衡量建築節能水準的優良指標。台 灣的辦公建築用電強度 EUI 由高層的 241 kwh/(m2yr)到低層的 169 kwh/(m2‧

yr )，小企業低層無電梯辦公室也達 97 kwh/(m2‧yr)(表 2-7)。

EUI 的計算方法有很多種，包括實地調查、抽樣調查和模型模擬。最常 用的方法是採樣和模擬。陳介慧將建築物依不同領域與不同使用方式分類成 134 種類型，並將每種類型進行採樣調查作為參考數據。因此，各類型建築 物的 EUI 可藉由採樣樣本的統計和迴歸分析方法而取得。（陳介慧，2008）而 在台灣的綠色建築評估手冊也制定了不同空間的使用模式以提高能源的使用 效率。(林憲德等，2014)

圖 2-35 呈現最高溫以及最低溫網格每日的空調能源使用情況。從圖可知，

不論最高溫或最低溫網格，在 5-10 月間的空調能耗量幾乎大於 0.1 kWh/m2·

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day 以上。4 月和 11 月為熱季與涼季的過渡期，最高溫網格仍有空調需求，

空調能耗量最多需 0.1 kWh/m2·day；反之，最低溫網格的空調需求非常低，

僅部份日子需要使用空調，最多 0.03 kWh/m2·day。整體而言，都市中最高 溫的網格空調能耗需求比郊區平均多 0.04 kWh/m2·day。熱季 5-10 月平均增 加 0.07 kWh/m2·day，涼季 11-4 月平均僅增加 0.006 kWh/m2·day。

圖 2-35 最高溫網格與最低溫網格的每日空調能源耗用強度 (資料來源：本研究製作)

在了解全年每日空調 EUI 的變化後，進一步分析台北市中心的分佈情況。

圖 2-36 至圖 2-37 分別為熱季 5-10 月及涼季 11-4 月的平均空調 EUI 分佈圖。

結果顯示，熱季的 EUI 在 4.0-25.0 kWh/m2·year，涼季在 0.0-2.3 kWh/m2·

year。從圖 2-36 的分佈可知，郊區在熱季的 EUI 小於 11.0 kWh/m2·year，

市區中 60%的網格平均 EUI 在 14.5-21.5 kWh/m2·year，8%在 21.5-25.0

0.00

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kWh/m2·year。圖 2-37 顯示郊區有大量綠地及水體之區域在涼季幾乎完全不 用使用空調。在以郊區最低溫度的 5 個網格之平均 EUI 為基準，市區每單位 樓地板的空調能耗量最少會增加 7kWh/m2·year，最多增加至 19 kWh/m2·

year。

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圖 2-37 涼季 11-4 月的住宅空調 EUI 分佈 (資料來源：本研究製作)

表 2-7 常見建築類型 EUI 排名圖

(資料來源：建築節能法規建築耗電強度 EUI 統計)

土地利用類型 EUI(kWh/m² yr)

學校 28.6

住宅 39.3

公寓 45.6

旅館 173.6

購物中心 371.7

百貨公司 421

餐廳 462.7