輕質 RC 建築物建築耗能分析

一、輕質RC 之特性及熱傳導性

輕質混凝土主要含有輕質混凝土之骨材內部充滿孔洞，能有效降 低混凝土的熱傳導係數。一般混凝土的熱傳導係數約為 1∼1.5w/mk 之間，本研究A、B、C、D 等 4 組變數熱傳導係數均在 0.53∼0.65w/mk 之間，約僅為一般混凝土的1/2∼1/3 左右。目前國人也大力推展利用 國內再生材料製造輕質高強度混凝土，耐熱隔音輕質混凝土。有此種 混凝土，則混凝土變成非常有人性化的材料，混凝土可以充填模板內 各種角隅死角，結構物再也沒有蜂窩、冷縫、泌水、析離的問題。而 且內在由物理堆積到化學平衡而達到耐久性的需求。當然對於耐震、

防火、隔音、隔熱的建築物理的需求均可滿足。

二、輕質RC 之建築耗能

由以上分析得知台灣地區之建築物無論是空調類型建築或是住 宿類及其它類型建築之耗能影響主要因子是建築外殼之隔熱性能以 及其遮陽性能二大項目。建築師在規劃設計之時，除考慮建築設計之 配置方位、形狀等往常較無法隨掌握之因素之外，尤其應注意的就是 可以掌握的外隔建材及屋頂建材具優良熱傳導率之選用以及其建築 外殼之開口部、門窗大小、遮陽之調整。無論是冷房或暖房之 量、

功能主動掌握此建築隔熱性能之優勢。

必然對空調類型建材或是住宿類建築皆獨具有較省獨之效果，亦 即是其ENVLOAD 及 Uaw、Uar 係數皆能下降，使建築師在設計上有更 寬廣的空間去發揮其創意，而不受節能法規之羈絆。

輕質RC 既有此優良熱傳導率之特性、配合以其高性能之強度以 及高流動性之易施工性，將會成為一種適合台灣地區之建築材料，可 預期其未來之發展性。

1.空調類型建築

本研究案選取 4 層、14 層及 31 層 RC 辦公室建築實例，如 前章節所介紹進行建築物外殼耗能量（ENVLOAD）之計算（標）， 比較其不同外牆（傳統 RC 外牆與輕質 RC 外牆）作比較後發現

在建築物整體外殼耗能量 ENVLOAD 之值方面，輕質 RC 外牆比 傳統 RC 外牆分別節省有 7%、12%、13%之效果。（詳參第七章 RC 建築物耗能比較分析）

2.住宿類型建築

至於住宿建築方面，本研究選擇 2 層、14 層、31 層 RC 住宅 案例，進行其隔熱性能的計算（標），比較其 RC 外牆及屋頂與輕 質 RC 混凝土外牆及屋頂之 Uaw 及 Uar 值。如以現行建築技術規 則規定 Uar＜1.5w（m²,k）及 Uaw＜3.5w（m²,k）值為合格之基 準，顯然結果是以輕質 RC 混凝土為外牆或屋頂遠較傳統混凝土 容易通過，亦即是輕質混凝土之隔熱性能較傳統 RC 較佳約 40%

之多（詳參第七章 RC 建築物耗能比較分析）。

第六節 RC 建築物耗能比較分析

本研究採三個實例建築體，分別以住宅及辦公室之建築類型進行 其各案外牆及屋頂不同材質（傳統 RC 及輕質 RC）之隔熱性能分析 比較。首先以辦公室類型建築由 4 層樓、14 層樓及 31 層樓分析其建 築外殼耗能量（ENVLOAD）之比值，4 層辦公室及 14 層辦公室及 31 層辦公室其輕質 RC 之建築外殼耗能量值 ENVLOAD 值約可節省 4.43%及 7.06%及 9.98%之範圍，如表 6-3 所示。

表 6-3 傳統 RC 及輕質 RC 全年建築物外殼耗能量 ENVLOAD 比較

（辦公室類型案例）

項目內容 4 層樓 14 層樓 31 層樓 傳統混凝土

[kWh/m²-fl-area.yr] 64.26 60.9 79.46%

使用輕質混凝土

[kWh/m²-fl-area.yr] 59.83 53.84 69.48%

ENVLOAD 差值 4.43 7.06 9.98%

省能百分比(差值/

傳統混凝土) 7.00% 12.00% 13.00%

註 1：為利於比較，案例構造採用內政部營建署出版之建築物節約能源設計技術規範予實例（1998 年版）所提供之 W001、R010、R011。

註 2：以上實例 ENVLOAD 由范綱樑採用 SMARTLIGHT 程式計算。

針對表 6-3 比較值以圖 6-2 表示，可知 4 層樓辦公室使用輕質混

圖 6-2 辦公室類型案例全年建築物外殼耗能量 ENVLOAD 比值

註 1： 合格標準 Uars=1.50w/(m².k)，Uaws=3.50w/(m².k)。

註 2： 為利於比較，案例構造採用內政部營建署出版之建築物節約能源設計技術規範予實例

（1998 年版）所提供之 W001、R010、R011。

註 3： 以上實例由范鋼樑依 smart light 計算。

（平方公尺.度）條件下，由所需厚度比較上，明顯看出隔熱性能上，

使用輕質骨材混凝土確實比傳統混凝土效果良好很多。

第七章 輕質 RC 建築外界空調負載分析

第一節 前言

台灣經濟成長與生活水準的提高，空調用電負載每年約以 7.5%

的速率增加，空調系統之耗電量約佔能量用戶耗電量的百分之三十，

使得台電為了滿足夏季每日數小時的尖峰用電需求，增加發電機組，

付出極大的成本。因此對於仰賴外來能源極深的台灣而言，如何藉由 方法以降低尖峰負載之重要性是不言可喻。根據過去的研究顯示，建 築外殼之材質對於建築節能有相當影響，為了能分析輕質建材產生之 節能效果，本研究以現有建築進行試算對象。計算方式依據徐氏基金 會出版之「空氣調節設計基礎」（美國 Carrie 公司所出版之”Hand Book of Air Conditioning System Design”編譯者王洪鎧先生）所載下之圖表數據。

第二節 建築物外界空調計算方法及考慮事項

一、空氣調節之外界熱負荷

外界負載包括下列6 項熱負荷，此需透過空氣調節加以改善。

1.日光射進窗戶：表 7-1 及表 7-2，可計算日光透過玻璃之熱。

2.日光射到牆及屋頂上：高外氣溫度將使熱傳入室內，表 7-3 及表 7-4 供給一日光照射及日光遮蔽牆及屋頂之室內外等效溫度

差。表7-5 及表 7-6 提供以各種牆及屋頂之熱傳導係數。

3.外氣溫度：外氣溫度高於室內,則熱能經由牆、窗、地板、間牆 透入室內。

4.空氣中水汽壓力：外氣所含之水汽成分太高，會透入室內，此 種負載僅適用於在需求低露點溫度之室內方有意義。

5.風吹向牆面：風能使外氣溫度升高及含水分量增多。由門窗縫 滲入室內，增加室內顯熱與潛熱獲得。

6.外氣介入常作通風換氣之用：外氣介入係在降低室內調節空氣 的異味，但卻使系統增加冷卻與減濕負荷。

二、由玻璃透過之太陽熱 1.日照

太陽熱由日照「直射」或「漫射」進入室內。當太陽靠近地 球時，在十二月二十一日在大氣外緣的太陽熱大約 455Btu/(hr)(sq ft)。當太陽遠離地球時，在六月二十一日大約 415 Btu/(hr)(sq ft)。大 氣外之太陽熱量一年中都在這範圍內變更。太陽熱傳抵地面時低 於這些數字是因大部份熱已經散佈，反射並被大氣所吸收。散佈 幅射熱稱為「漫射」或「天空輻射」，最後終將平均分佈在地面 上。太陽熱直接穿透大氣稱為「直接輻射」。

2.玻璃

普通玻璃分為單層水晶和單或雙層強力玻璃。由普通玻璃透 過之太陽熱依靠它在地面位置（緯度）、日時、年時和窗口之面 向。只有窗口面向直接受陽，直接輻射成分才會影響冷房熱獲 得。漫射成分卻不受窗口方向影響。

三、建築物透入之熱

由外層（牆、屋頂）透入之熱是以最大值時計算，同受日光照射 及兩面溫度差之影響，由於熱源每天都有很大的變更，而影響由外層 透入之熱不穩定，然而可取等效溫度差代之。「等效溫度」差乃透過 建築物之總熱量受日光照射及屋外溫度變化之溫度差，等效溫度差卻 考慮不同之構造及面向、時間、設計情況，透入建築物之熱量可依公 式（7-1）計算之。

q=UA∆Te...（7-1）

式中

q=透入熱 Btu/hr；

U=導熱係數 But/(hr)(ft²)(°F)；

A=面積 ft²；和

∆te=等效溫度差(°F)。

內層（地面、天花板、牆壁）得到的熱是由於兩面空氣之溫度差所引 起的此溫差在一天內是不變，故此傳導熱可利用公式計算之。

表 7-1(1) 由普通玻璃透過之太陽熱（北緯 20°）

表 7-1(2) 由普通玻璃透過之太陽熱（北緯 30°）

表 7-2 由玻璃透過之太陽熱總因數

表 7-3 不同面向之等效溫度差(℉)

表 7-4 不同暴露條件下之等效溫度差(℉)

表 7-5 導熱係數 U－圬工牆*

表 7-6 導熱係數 U－圬工飾面牆*

四、等效溫度差

等效溫度差可以由日射、蔭牆及屋頂的相互關係來看，在不穩定 條件下熱透過牆壁的情形，可把一塊 12 吋厚的牆分為 12 片，每一片 吋厚，假定在開始時每片牆兩面溫度均一樣，又整塊牆兩面，即室內

外的溫度差維持不變的情況下來作分析研究。

當太陽照射到牆上，第一片獲得大部份的日光熱，如圖 7-1，第 一片之溫度升高過室外空氣及第二片，因此熱會滲透入室外空氣空氣 及第二片，如圖7-2 熱量在不同方向透入，乃視熱透入牆及外面空氣 所受之阻抗，熱順序透入第二片升高它的溫度，因此也使熱透入第三 片，如圖 7-3。吸收熱的程序，順序傳導至另一片連續透過牆壁至最 後一片，而剩餘之熱由對流及輻射傳入室內。在這特殊的牆壁，它要 大約七小時使日光熱由牆壁透入室內。因為在日光熱透過之前每片都 要吸收部份熱，大量的熱透入內部空間大約10%被牆壁各片所吸收。

圖 7-1 第一次吸收之日光熱 圖 7-2 在第二次時間吸收日光熱的 情況

圖 7-3 在第三次時間吸收熱的情況

這些圖並不考慮可能改變的太陽強度或室外溫度。在每一時間由 室外牆壁的面積所吸收的太陽熱在同一天內是同一程序，圖 7-4 和圖 7-5 表示在第二次和第三次時間的總太陽熱。室外溫度升高則減少熱 流向室外的總量，並增加牆壁的傳導熱。此相同的程序發生於同一種 牆的構造，導熱量乃視牆的熱阻抗及牆壁的熱容量而定。熱透過牆進 入室內的過程可能在全部 24 小時內均進行，也可能發生於夜間，假 如空調設備操作少於 24 小時，那麼因為夜間天空的輻射和室外溫度 的下降都可能減少導熱及時常可能倒轉熱的流向，因此空調負荷的估 計（日光和由屋頂及室外牆的導入），在空調設備操作少於24 小時下，

可利用等效溫度資料計算之。標準的牆及屋頂之熱容量是與每平方呎 重量之磅數成比例，俾便於利用插入法計算。

圖 7-4 在第二次時間吸收日光熱以及 增加吸收日光熱的情況

圖 7-5 在第三次時間吸收日光熱以及 增加吸收日光熱的情況

圖 7-5 在第三次時間吸收日光熱以及 增加吸收日光熱的情況