何謂熱質量

室外空氣溫度和太陽輻射存在明顯的週期性變化，所以牆壁的熱傳遞過程實 際上並不存在穩定狀況，而是屬於不穩定狀況。簡單來說，如圖 2-1(a)所示，在 白天，因為太陽輻射加上比較高的室外空氣溫度，熱量會透過牆體由室外往室內 傳遞。到了晚上，太陽下山和氣溫下降，熱量會由室內往室外傳遞。如圖 2.1(b) 所示的一種情況是增加建築物的牆體、屋頂或者樓板的蓄熱能力，將白天多餘的 熱量儲存在蓄熱材料內部，到晚上才讓熱量從蓄熱材料內散發出來。這種利用建 築牆體、屋頂或者樓板的蓄熱特性，將熱量先儲存起來，稍後再釋放，而在時間 上產生向後推移的現象，就稱為”熱質量效應”。

(a)日/夜間的熱流量交替循環 (b)熱質量的工作原理

圖 2-1 熱質量效應的工作原理

(資料來源：本研究繪製)

對某一種特定的材料來說，須同時滿足底下三項基本的特性方能提供達到有 用水準的熱質量︰

熱質量原理 白天

熱

涼爽

晚上

熱 涼爽

1. 具高比熱；每公斤所儲存的熱才能最大化。

2. 具高密度；材料越厚重，它能儲存的熱就越多。

3. 具適當的熱傳導係數；流入和流出外材料的熱流率才能與建築物日/夜間 的熱流量循環交替同步。

我們以表 2-1 所列的幾種常見的建築材料來說明。首先，像木材這類的材料，

有高的熱容量(熱容量=比熱×密度)，但是它的熱傳導係數相當低，因此局限它在 白天吸熱並且在夜裡釋放的速率。接著，鋼也能夠儲存熱量，但是它和木材剛好 形成對比；它有非常高的熱傳導係數，這意謂熱量可以迅速的被吸收與釋放，反 而不能和建築物的日/夜間的熱流量循環交替同步。最後，像磚塊、石材和混凝 土這類特別厚重的建材具有前述三項的所有特性，它們有高的熱容量和適當的熱 傳導係數，使得熱量在材料的表面和內部之間的傳遞速率能和大樓熱量的日/夜 間交替循環的速率一致。

表 2-1 幾種常見建築材料的熱質量

建築材料 比熱容

(J/kg.K)

密度

(kg/㎡)

熱導係數

(W/m.k)

鋼 450 7800 50.0 低 混凝土 1000 2300 1.75 高 磚 1000 1750 0.77 高 石材 1000 2300 1.8 高

(資料來源：本研究彙整)

利用建築進行蓄熱是一種新型的建築系統, 也是被動式設計的手法。利用材 料的蓄熱能力有時間延遲(Time lag)與強度衰減(Decrement factor)現象兩個主要 的優點。時間延遲指熱量自室外傳入室內的過程中所需的時間，同時溫度幅度發 生的衰減稱為強度衰減。例如，如圖 2-2 所示，假如在設計建築時能讓延時超過 6 小時，當外界環境處於下午 2 點最高溫度時，室內受到牆體延遲作用，那麼室

外最高溫度將在晚上 8 點左右傳至室內，就可以大大的減少建築空調系統的負荷。

表 2-2 則說明瞭熱質量在夏季和冬季的運作原理。

表 2-2 熱質量在夏季和冬季的運作原理說明

夏季 冬季

白天：

•在炎熱的天氣，窗戶保持關閉，以 防止戶外高溫的空氣。

•地板和牆壁的熱質量可以吸收輻射 和對流的熱量，有助於穩定室內溫 度。

白天：

•低角度的太陽光可以透過窗戶照進室 內，地板和牆壁透過熱質量吸收熱 量。

•當傍晚太陽下山後，室內溫度下降，

熱流反轉，傳回房間。

夜間：

•打開窗戶，利用夜間通風冷卻建築 結構。

•如果預報顯示隔天白天是高溫的天 氣，則在早上關閉窗戶。

夜間：

•夜間拉下窗簾和關閉窗戶，以減少熱 損失。

•熱質量繼續釋放熱，直到清晨大部分 儲存的熱量被釋放完為止。

(資料來源：本研究繪製)

圖 2-2 熱質量的延時與削弱作用 (資料來源：本研究繪製)

峰值溫度延 遲六個小時

峰值溫度可達6-8 的差異

採用較高的熱質量

採用較低的熱質量 外部溫度

白天 晚上 白天