第五章 雨水貯集再利用電腦化試算系統
雨水利用系統包括集水面積、導管、過濾處理、貯留及給水等設施，建 築物在導入雨水利用設施的規劃階段，設計者首先必須針對集雨量及利用量 進行評估與決定，而支配集雨量及利用量的要因主要則為集雨面積及貯水槽 容量決定。貯留系統容量的決定佔極重要的位置，因為在建築物雨水利用系 統中，集水面積通常是建築物的一部份如屋頂、壁面等，所以貯留系統通常 是雨水利用系統中必須特別留設的部份，而容量的大小不僅影響整個系統的 效益，也會影響到整體建築物的設計問題。
本章針對雨水利用系統的原理及法制化後的計算公式，透過電子化的過 程藉由微軟公司的Visual Basic 寫成物件導向式的電子化試算系統，以讓使 用者或設計者，不用再透過繁瑣的計算步驟，也能計算出理想的設計值，甚 至是協助判斷所設計出來的建築物是否滿足法制化的要求，達到簡化的目的。
第 一 節 雨 水 貯 集 利 用 試 算 系 統 之 原 理 與 精 確 計 算 法
一般應用於廣域的雨水利用系統或農業灌溉之設施，雨水貯留容量推估 的方法可分為臨界期距法(Critical period technique)、機率矩陣法(Gould’s probability matrix method) 與 合 成 流 量 法 (Procedures based on data generation)等。所謂臨界期距法是利用歷史流量記錄或雨量記錄及需水量，
來模擬貯蓄系統內容量連續變化的情形；而機率矩陣法是利用矩陣的傳遞 性，建立不同時刻之入流量與貯蓄容量的機率關係；合成流量法基本原理乃 是利用歷史資料的相關統計參數，使用序率模式生成一組具有相同統計參數 的資料。上述推估容量的方法適用容量較大之水庫或農塘，雨水利用系統在
導入建築設計時，基本上必須考慮的要素，包括雨水收集量、雨水溢流量、
雨水利用率及自來水替代率等之間的關係。針對雨水利用系統導入建築設 計，一般考慮之要點，概要整理如下：
(1)雨水利用系統量化評估
建築物在導入雨水利用設施的規劃階段，設計者首先必須針對集雨量及 利用量進行評估與決定，而支配集雨量及利用量的要因主要則為集雨面積及 貯水槽容量決定。雨水收集量的評估原本為簡單之計算方程式，即降雨量（深 度）乘上集雨面積即可求得，但是降雨量並非均一地分佈在每天與每一地點。
特別是台灣地區雖然年平均降雨豐沛（年平均降雨量約 2200 公釐），然而 季節及地區性的雨量集中且差異甚大，因此計算的關鍵在於氣象資料降雨量 的預測與評估。
(2)雨水利用系統雨水貯留槽容量分析
評估雨水貯留槽容量時，應以當地降雨特性、應用標的規模、雨水收集 方式、雨水利用率、自來水替代率等各方面因素加以考量。雨水利用系統因 受降雨時間限制，且降雨分佈非人為所控制，故不能百分之百收集利用且穩 定供水，所以在設計雨水貯留槽時，集水面積通常為建築物的一部份，視為 固定值，而降雨量資料輸入為已知(氣象局降雨資料)，來考慮雨水貯留槽容 量與自來水替代率間之關係。本研究之模擬計算是以流入部分的雨水集雨 量、自來水補給水量，以及流出部分的使用水量以及溢流水量達成平衡，以 自來水替代率及雨水利用率能發揮最大效益為雨水貯留槽最適容量設計。
第五章 雨水貯集再利用電腦化試算系統
圖 5-1.1 雨水貯集利用電腦化試算系統
1.雨 水 利 用 系 統 模 擬 計 算 分 析
雨水利用量的計算與累計主要取決於雨水貯留槽四項要因的平衡關係，
此四項要因包括流入部分的雨水集雨量、自來水補給水量，以及流出部分的 使用水量以及溢流水量，上述平衡關係概念如圖 5-1.2 所示。利用逐日降雨 量評估年間雨水利用量之計算程序，首先必須決定雨水利用之基地所在地區 及模擬檢討對象年度，其次則是決定集雨面積範圍、使用水量等前提條件。
評估雨水利用之模擬計算程序以流程圖表示則如圖 5-1.3 所示。計算之程序 茲說明如下：
開始 初期集雨量＝0
雨水收集量計算
（CRW＝CA*Rd*γ*10-3）
是否溢流？
OFV，RSV’＝SV OFV＝0，RSV’＝CRW＋RSV
使用水量使否足夠？
CW＝0，RSV＝RSV’－UW CW＝UW－RSV’，RSV＝0
年間雨水利用累計 雨水利用率、自來水替代率
結束 年間逐日累算
Rd：日降雨量(mm/日) CRW：雨水收集量(m3) SV：雨水貯留槽容量(m3) RSV：雨水貯留量(m3) OFV：雨水溢流量(m3) UW：使用水量(m3) CW：自來水補給水量(m3)
雨水收集量
自來水補給水量
溢流水量 使用水量
圖 5-1.2 雨水利用與貯留平衡之概念
圖 5-1.3 雨水利用模擬計算流程
第五章 雨水貯集再利用電腦化試算系統
(1)從逐日降雨量資料 Rd（mm/日）及集雨面積 CA(m2)計算雨水收集量 CRW(m3)，
CRW(m3)＝CA(m2)×Rd（mm/日）×流出係數 γ×10-3
（流出係數γ 隨著集雨場所特性而有不同，屋頂集水通常採用 0.85~0.95。）
(2)由雨水收集量 CRW(m3)、雨水貯留槽容積 SV(m3)及貯留槽貯水量 RSV(m3)，求得溢流水量 OFV (m3/日)。
CRW＋RSV＞SV 時，OFV＝CRW＋RSV－SV CRW＋RSV＜SV 時，OFV＝0
(3)計算當時雨水貯留槽內之貯水量 RSV’(m3) CRW＋RSV＞SV 時，RSV’＝SV
CRW＋RSV＜SV 時，RSV’＝CRW＋RSV
(4)由雨水貯留槽貯水量 RSV’(m3)與使用水量 UW 計算自來水補給水量 CW(m3)
RSV’－UW＜0 時，CW＝－（RSV’－UW）
RSV’－UW＞0 時，CW＝0
(5)計算此時雨水貯留槽內之剩餘貯水量 RSV"(m3)，
RSV’－UW＜0 時，RSV"＝0
RSV’－UW＞0 時，RSV"＝RSV’－UW
(6)當日最終雨水貯留槽貯水量 RSV"(m3)作為翌日雨水貯留槽貯水量 RSV (m3)初值，年間利用則重複上述計算程序，累計各計算參數之變動值。
(7)根據上述之逐日累算結果，年間雨水利用量 YRU (m3/年）、年間雨水收集 量YRC (m3/年）及年間使用水量 YTU (m3/年）計算如下：
YRU＝Σ（UW－CW），YRC＝ΣCRW，YTU＝ΣUW (8)雨水利用率 PRU（％），自來水替代率 PCW（％）計算如下：
PRU（％）＝YRU÷YRC×100，PCW（％）＝YRU÷YTC×100
2.建 築 物 雨 水 利 用 系 統 案 例 操 作
針對不同類型的建築物，在設計階段導入雨水利用系統時，必須配合當 地降雨條件、使用水量與設置型態等因素，在繁複的計算過程中，本研究利 用Visual Basic 軟體撰寫電腦計算程式，來提供簡易的操作界面給設計規劃 者應用，對於雨水貯留供水系統之推廣更有實質上的助益。
假設條件：在台北有兩戶透天別墅，兩戶均有4 位住戶，每人每日平均 用水為250 公升，屋頂集水面積為 500 平方公尺，貯水槽容量為 50 立方公 尺，其雨水利用設計模擬計算如下：
首先，雨水利用設計模擬計算表單中鍵入設計條件，屋頂集水面積為500 平方公尺，貯水槽容量為50 立方公尺，設計每日用水量共 2000 公升，地點 為台北，模擬對象年度為2000 年，如圖 5-1.4 所示。
圖 5-1.4 雨水利用設計模擬計算設計條件輸入情形
第五章 雨水貯集再利用電腦化試算系統
由圖5-1.5 表單中執行輸入，年總降雨量為 2744mm，年間雨水集水量 為1093 立方公尺、年間使用水量為 732 立方公尺、年間雨水利用量為 611.32 立方公尺、雨水利用率為55.93％、自來水替代率 83.51％。並顯示模擬年間 雨水利用狀況情形。
圖 5-1.5 建築物雨水利用模擬計算結果情形
由圖 5-1.6 表單中執行雨水槽最佳容量設計，建議最佳化雨水槽容量為 87 立方公尺。
圖 5-1.6 最適雨水槽容量設計表單
第 二 節 雨 水 貯 集 利 用 試 算 系 統 之 法 制 化 簡 易 試 算
雨水貯留再利用法制化的原理為依據原理精確算法簡化而來，主要掌握 住幾個原則，分別是建築物的集雨量、替代用水設計量以計算自來水替代率，
另外是雨水貯集槽容量，確保雨水能夠有效的保留在基地或建物內以供使用。
其中集雨量與所在地的日平均集雨量及集雨面積有關，使用時可以參考 氣候（雨量）分區圖（圖 5-2.1）或表 5-2.1、5-2.2、5-2.3 將所在地的相關 測站取得後，查表 5-2.4 對應出其雨量分區、日平均雨量、日降雨概率及儲 水倍數等資訊。
第五章 雨水貯集再利用電腦化試算系統
表 5-2.1 高雨量區（年平均雨量 3001mm 以上）與相對測站表
地區 行政分區（鄉鎮市） 代表點（測站） 雨量分區
基隆市 仁愛區、信義區、中正區、中山區、安樂區、暖暖區、
七堵區
臺北縣 萬里、金山、汐止、石碇、瑞芳、平溪、雙溪、貢寮、
坪林
基隆
宜蘭縣 宜蘭、頭城、礁溪、壯圍、員山、羅東、三星、五結、
冬山 宜蘭
宜蘭縣 蘇澳、南澳
花蓮縣 秀林、萬榮、卓溪 蘇澳
南投縣 仁愛、信義 玉山
嘉義縣 阿里山
高雄縣 六 、桃源、三民、茂林 屏東縣 三地、霧臺、瑪家、泰武 台東縣 延平、海端
阿里山
台東縣 蘭嶼 蘭嶼
高
第五章 雨水貯集再利用電腦化試算系統
表 5-2.3 低雨量區（年平均雨量 2000mm 以下）與相對測站表
第五章 雨水貯集再利用電腦化試算系統
替代用水量則以建築物雨水貯留利用設施之有效雨水利用量為主，此為 設計者依據實際狀況（建築物雨水貯留利用設施可用雨水來替代之廁所、清 潔、洗車、園藝澆灌等再生水用途項目用水量），將用水器具數與用水量資訊 分析得出。之後再將該值與建築物總用水量（依據不同建築用途，查表換算 得知）相比，取得自來水替代率，其依法制化之標準為4%。
最後是判斷雨水貯集槽容量。設計者首先依據建築物基地條件設計雨水 貯集槽，其容量可依設計用水量初估。之後再依據由表 5-2.4 所查得之儲水 倍數與雨水所能替代水量的乘積，計算出所需最小貯集槽容量，並將其與設 計儲水槽容量相比，只要設計容量大於最小貯集槽容量則表示應有足夠的雨 水量得以供應使用。
表 5-2.4 台灣各測站測站 10 年之年降雨統計表(1991-2000 年)
雨量分區 降雨統計項目 代表測站
建築基地參考測站 基隆 宜蘭 蘇澳 玉山 阿里山 蘭嶼 日平均雨量(mm/日) 10.16 7.84 12.96 7.57 9.83 8.45
日降雨概率(-) 0.534 0.541 0.475 0.355 0.440 0.499 高雨量
儲水倍數Ns 5.62 5.55 6.32 8.44 6.82 6.02 建築基地參考測站 竹子湖 淡水 台北市 日月潭 恆春 大武 成功 花蓮 日平均雨量(mm/日) 11.20 5.53 6.59 6.15 5.53 6.27 5.84 5.86
日降雨概率(-) 0.450 0.339 0.463 0.427 0.296 0.299 0.331 0.400 中雨量
儲水倍數Ns 6.66 8.84 6.48 7.02 10.12 10.02 9.06 7.49 建築基地參考測站 新竹 梧棲 台中 嘉義 台南 高雄 台東 澎湖 日平均雨量(mm/日) 4.37 3.39 4.45 4.68 4.67 5.06 4.95 2.42
日降雨概率(-) 0.315 0.198 0.312 0.273 0.233 0.251 0.330 0.235 低雨量
儲水倍數Ns 9.53 15.15 9.63 10.97 12.87 11.94 9.10 12.78
儲水倍數Ns 9.53 15.15 9.63 10.97 12.87 11.94 9.10 12.78