建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析

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(1)建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 內政部建築研究所委託研究報告中華民國九十三年十二月.

(2) 目次. 目次. 表次‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ⅲ 圖次‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ⅴ 摘要‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ⅸ 第一部分「雨水貯集利用」理論模擬分析第一章. 緒論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧2 第一節. 緣起及目的‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧2. 第二節. 工作項目與內容‧‧‧‧‧‧‧‧‧3. 第三節. 研究方法‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧5. 第二章區域性容量設置與電腦模擬模型應用探討‧‧13 第一節影響系統容量設計因素之討論‧‧‧13 第二節區域性系統容量設計‧‧‧‧‧‧‧16 第三節屋頂雨水貯集系統容量設計參考指南 33 第三章雨水貯集利用之性能評估‧‧‧‧‧‧‧‧‧37 第一節雨水貯集槽設置容量‧‧‧‧‧‧‧37. I.

(3) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 第二節. 各類型建築用水量探討與基準樣本‧40. 第三節雨水貯集利用性能評估‧‧‧‧‧‧44 第四章既有建築物導入雨水貯集利用之可行性‧‧‧66 第一節雨排水系統調查計畫‧‧‧‧‧‧‧66 第二節. 雨排水系統調查紀錄‧‧‧‧‧‧74. 第三節調查結果統計‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧80 第四節既有建築物導入雨水貯集利用模式‧90 第五章結論與後續工作‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧97 第一節結論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧97 第二節後續工作‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧98 第二部分雨水利用法制化研擬與增修建築物雨水貯留利用設計技術規範‧‧‧‧‧‧‧‧‧102 附錄一建築物雨排水系統型式調查記錄‧‧‧‧‧‧156 附錄二建築物雨排水系統細部構造調查表‧‧‧‧‧208 附錄三審查會議紀錄集處理情形‧‧‧‧‧‧‧‧‧228 參考書目‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧234 II.

(4) 表次. 表次表 2-1.1 不同屋頂型式之降雨收集效率係數之變化‧15 表 2-2.1 K 均值法聚類分群結果‧‧‧‧‧‧‧‧‧24 表 2-2.2 降雨型態聚類檢定分析表‧‧‧‧‧‧‧‧25 表 2-2.3 北部分區代碼表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧26 表 2-2.4 中部分區代碼表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧30 表 2-2.5 南部分區代碼表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧31 表 2-2.6 東部分區代碼表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧33 表 3-1.1 建築類別用水量推估計算基準‧‧‧‧‧‧39 表 3-1.2 平均日降雨量、日降雨概率及貯水倍數表‧40 表 3-2.1 台灣地區住宅建築每人每日用水量推估值‧41 表 3-2.2 辦公室建築物單位自來水給水量設計值‧‧43 表 3-2.3 中、小學合理用水指標建議表‧‧‧‧‧‧44 表 3-3.1 住宅建築雨水貯集利用性能評估‧‧‧‧‧47 表 3-3.2 住宅建築降雨日數與雨水槽運作日數比較‧51 表 3-3.3 商業建築雨水貯集利用性能評估‧‧‧‧‧53. III.

(5) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 表 3-3.4 商業建築降雨日數與雨水槽運作日數比較‧57 表 3-3.5 學校建築雨水貯集利用性能評估‧‧‧‧‧59 表 3-3.6 學校建築降雨日數與雨水槽運作日數比較‧63 表 4-1.1 建築物用水量計算表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧72 表 4-2.1 既有建築物雨排水系統現況調查表 1‧‧‧75 表 4-2.2 既有建築物雨排水系統現況調查表 2‧‧‧75 表 4-2.3 既有建築物雨排水系統現況調查表 3‧‧‧76 表 4-2.4 既有建築物雨排水系統現況調查表 4‧‧‧76 表 4-2.5 既有建築物雨排水系統現況調查表 5‧‧‧77 表 4-2.6 既有建築物雨排水系統現況調查表 6‧‧‧77 表 4-2.7 建築物雨排水系統細部構造調查表範例‧‧79 表 4-3.1 雨水立管容許的集水面積‧‧‧‧‧‧‧‧87 表 4-4.1 雨水貯集利用模式適用性評估‧‧‧‧‧‧95 表 4-4.2 雨水貯集利用模式適用性‧‧‧‧‧‧‧‧96. IV.

(6) 圖次. 圖次圖 1-3.1 雨水利用與貯集平衡之概念‧‧‧‧‧‧‧‧7 圖 1-3.2 雨水利用模擬計算流程圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧8 圖 1-3.3 動態模擬物件導向流程關係圖‧‧‧‧‧‧10 圖 2-2.1 台灣北部區域年等降雨量線圖‧‧‧‧‧‧18 圖 2-2.2 台北縣富貴角站歷年平均旬雨量分佈圖‧‧19 圖 2-2.3 桃園縣高義站歷年平均旬雨量分佈圖‧‧‧19 圖 2-2.4 系統聚類分析樹狀圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧20 圖 2-2.5 動態聚類法計算流程圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧21 圖 2-2.6 台灣北部地區四區域示意圖‧‧‧‧‧‧‧27 圖 2-2.7 台灣北部第一區貯水體積與需水量關係圖‧27 圖 2-2.8 台灣北部第二區貯水體積與需水量關係圖‧28 圖 2-2.9 台灣北部第三區貯水體積與需水量關係圖‧28 圖 2-2.10 台灣北部第四區貯水體積與需水量關係圖‧28 圖 2-3.1 屋頂雨水貯集系統容量設計參考指南首頁‧36 圖 3-3.1 住宅建築雨水利用率比較‧‧‧‧‧‧‧‧50. V.

(7) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 圖 3-3.2 住宅建築自來水替代率比較‧‧‧‧‧‧‧50 圖 3-3.3 住宅建築可替代用水供水比率比較‧‧‧‧50 圖 3-3.4 商業建築雨水利用率比較‧‧‧‧‧‧‧‧56 圖 3-3.5 商業建築自來水替代率比較‧‧‧‧‧‧‧56 圖 3-3.6 商業建築可替代用水供水比率比較‧‧‧‧56 圖 3-3.4 學校建築雨水利用率比較‧‧‧‧‧‧‧‧62 圖 3-3.5 學校建築自來水替代率比較‧‧‧‧‧‧‧62 圖 3-3.6 學校建築可替代用水供水比率比較‧‧‧‧62 圖 4-1.1 雨排水系統型式分類‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧67 圖 4-1.2 既有建築物雨排水系統調查範圍‧‧‧‧‧68 圖 4-1.3 「網格法」取樣範例‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧69 圖 4-2.1. 既有建築物雨排水系統調查已完成取樣點 74. 圖 4-3.1 樣本所在行政分區‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧80 圖 4-3.2 樣本所在都市計畫分區‧‧‧‧‧‧‧‧‧81 圖 4-3.3 樣本建築年份分布‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧81 圖 4-3.4 樣本建築樓層分布‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧82 VI.

(8) 圖次. 圖 4-3.5 平屋頂雨水收集(落水頭)案例‧‧‧‧‧‧83 圖 4-3.6 平屋頂雨水收集(排水管穿透女兒牆)案例‧83 圖 4-3.7 屋頂加蓋雨水收集案例‧‧‧‧‧‧‧‧‧84 圖 4-3.8 屋頂雨排水收集方式分類‧‧‧‧‧‧‧‧84 圖 4-3.9. 外露式排水立管(明管)案例‧‧‧‧‧‧‧85. 圖 4-3.10 無排水立管直接排水案‧‧‧‧‧‧‧‧‧85 圖 4-3.11 排水立管方式分類‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧86 圖 4-3.12 雨水導入道路排水溝案例‧‧‧‧‧‧‧‧86 圖 4-3.13 排水導流方式分類‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧87 圖 4-3.14 落水頭‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧88 圖 4-3.15 截水溝‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧88 圖 4-3.16 排水孔‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧89 圖 4-4.1 雨水貯集利用概念圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧91 圖 4-4.2 雨水貯集利用模式 A‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧92 圖 4-4.3 雨水貯集利用模式 B‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧93 圖 4-4.4 雨水貯集利用模式 C‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧93. VII.

(9) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 圖 4-4.5 雨水貯集利用模式 D‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧94 圖 4-4.6 雨水貯集利用模式 E‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧94. VIII.

(10) 摘要. 摘. 要. 關鍵詞：建築基地保水、雨水貯集利用、雨量分區、既有建築. 由於工商產業發展迅速，台灣地區逐步朝向高都市化的社會發展，在都市化影響下可能造成更大的水環境危機；有鑑於此，內政部提出「綠建築評估指標體系」，並於其中規劃「建築基地保水貯集技術」來提升保水能力，其包含「雨水貯集利用」，應根據當地情況與現場試驗研究來訂定設計及施工標準，並修改建築技術規則及法制化工作，以為政府落實永續城鄉建設之依據。本研究延續上年度計畫的「雨水貯集利用」工法性能實驗解析，本年度研究的方向在於觀測降雨型態、探討雨水利用的設置影響因素以及調查既有建築物的雨排水系統，期能透過理論模擬分析與現況雨排水系統的比對，進一步發展適合的設置容量計算方法，以修正法制化工作的準確性。本年度之成果歸納整理如下： 1.區域性容量設置與模擬模型應用探討降雨分佈的改變影響系統設計容量，本研究利用動態聚類法依降雨型態的不同，已將台灣北、中、南、東部地區各分為數個子區域，供設計者參考；並建制「屋頂雨水貯集系統容量設計參考指南」，其圖形化介面並可提供決策者使用。 2.程式模擬雨水貯集利用運作機制雨水貯集利用之效能與雨量、降雨日數成絕對關係，根據雨水槽容量設計之關鍵性因素貯水倍數部分，是否應就低雨量區域提出增加倍數，相當值得討論。 3.既有建築物導入雨水貯集利用之可行性根據本研究針對既有建築物之調查，既有建築物導入雨水貯集利用先決條件取決於屋頂雨排水系統收集方式、排水立管方式、排水管路設計、最終. IX.

(11) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 雨水導至何處與貯水槽設置空間有否等因子，以目前已調查之案例為樣本，有 61.86％是可以導入雨水貯集利用，將會是替代水源之一大來源，具有很大的利用潛力。. X.

(12) 第一章緒論. 第一部分「雨水貯集利用」理論模擬解析. 1.

(13) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 第一章緒第一節. 論. 緣起及目的. 台灣地狹人稠，而且工商產業發展迅速，已有將近 80%的人口居住於都市地區，並逐步朝向高都市化的社會發展，這不僅意味著都會紀元的來臨，更代表過多人口之集中消費，將造成局部資源的耗竭，且在都市化影響下可能造成更大範圍的水環境危機。由於市區街道擴大化、生活水準提高、人口密度高度化及土地利用密集化，各因素相互影響的結果造成都市區域整體的水土保持機能降低，供水系統負荷增加；地區排水管網的設置加速了地表逕流的集中，導致集流時間的減少及流速的增加，除了導致區域性淹水災害發生的頻率增加外，亦減少了地下含水層的補注及加速下游河道沖刷，污染物隨著逕流直接排入下游，對於都市水環境為害甚劇。台灣近年來在都市化及工業化期間，大多數都市計畫、建築專家甚至一般民眾，對逕流的處理觀念皆忽視基地保水功能且採取盡早將雨水由建築物排出的方式處理，由於這樣的逕流處理觀念使得現有都市區域缺乏保水機能，因而發生都市型水患、都市熱島效應、水資源不足及水污染問題。有鑑於此，內政部提出「綠建築評估指標體系」，並於其中規劃「建築基地保水貯集技術」來提升基地之保水能力。所謂「建築基地保水貯集技術」主要包括：「生態池」及「雨水貯集利用」二項技術。然而目前我國的綠建築政策對於此二項技術尚處於理論假設計算層次，既無實驗根據亦無設計標準，尤其尚無適於台灣水／地文條件之標準，且都市計畫及建築等專家亦無法源賦予規劃設置之義務，影響了發展速度和工程質量。「建築基地保水貯集技術」因不同技術而有相異之規劃設計程序，應該根據當地情況與現場試驗研究來. 2.

(14) 第一章緒論訂定設計及施工標準，並應修改建築技術規則及法制化工作，以為政府落實永續城鄉建設之依據。本研究延續上年度該計畫的「雨水貯集利用」工法性能實驗解析，將所得到的初步結果及幾次審查會議中的評審意見加以整理歸納，訂定出本年度研究的方向。本研究將觀測降雨型態、探討雨水利用的設置影響因素以及調查既有現況建築物的雨排水系統，期能透過理論模擬分析與現況雨排水系統的比對，進一步發展適合的設置容量計算方法，以修正第一階段法制化工作的準確性。. 第二節. 工作項目與內容. 本研究針對「建築基地保水貯集技術」二項技術中的「雨水貯集利用」理論模擬分析著手，其內容包括： — 觀測區域降雨型態，進行雨水貯集利用性能分析 — 探討雨水貯集利用之設置影響因素及選址原則 — 發展適於台灣之雨水貯集利用設置容量計算方法 — 既有建築雨排水系統現況調查與再利用可行性分析 — 雨水貯集利用第二階段法制化研究為落實理論模擬分析，本研究除延續第一年所使用的二十二個測站之日降雨量分析外，並納入降雨特性的考量以輔助修正現有雨水貯集槽的容量計算。另外參考國內、外使用案例及第一年度之計畫成果為基礎，歸納出影響雨水貯集利用設置之因素與效益評估量化模式，以擬定選址原則以及發展適於台灣之雨水貯集利用容量的計算方法。由於法令的施行主要是規範新建建築，但既有建築所佔的比例才是大宗，因此本研究更調查目前的既有建築雨排水系統，期望透過從雨排水系統回收的概念，落實雨水貯集再利用的效益，並且透過調查的方式來佐證理論的實證基礎，以檢討未來法制化後實際執行的可行性。最後再針對本年度的成果，對於區域型系統容量與降雨模式進行. 3.

(15) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 修正，檢討適切的儲水倍數；並提出現行規則中不適用或衝突之規則條文，以期得到最完善的法制化成果。本研究屬目標導向型，故依據研究目的，本研究第二年乃針對「雨水貯集利用」理論分析研究為主體，其內容分別如下： 1.觀測區域降雨型態，並進行雨水貯集利用性能分析雨水貯集利用之性能除受集雨設施面積影響外，降雨之特性，如：強度、延時及間距等亦為主要影響因素，故本計畫擬針對區域降雨特性對於雨水貯集利用之性能進行探討，以聚類分析法分類北中南東各區域降雨類型，並增加降雨測站氣象資料之分佈測點與計算參數資料，以輔助修正現有雨水貯集槽容量計算公式，藉以歸納出適切因地制宜的雨水貯集系統。 2.探討雨水貯集利用之設置影響因素及選址原則雨水貯集利用使建築基地具有自然排水之功能，而為了達到蓄存逕流之目標，雨水貯集利用常需配合區域規劃或建築物之型態，以源流削減的設置方式來達到最大蓄存容量；故影響雨水貯集利用的因子除水／地文因子外，前處理設施、土地使用計畫等皆為影響因素；並參考國內、外使用案例及上一年度之計畫成果為基礎，歸納出影響雨水貯集利用設置之因素與效益評估量化模式，並據以擬定選址原則。 3.發展適於台灣之雨水貯集利用設置容量計算方法雨水貯集利用與一般滯洪池或滯留池的不同之處就是其除了滯留外還輔以利用的概念，然目前雨水貯集利用之容量設計多沿用滯蓄設施（滯洪/ 留池）之設計方法，或使用國外之設計方法，故本計畫擬初步整理歸納相關滯蓄設施之容量設計方法，並考慮雨水貯集利用之特性，參考集雨、容量設計等相關理論，發展適於台灣之雨水貯集利用容量計算方法。 4.既有建築雨排水系統現況調查與再利用可行性分析為增加研究之理論實證基礎，本計畫將針對現行建築雨排水系統進行調. 4.

(16) 第一章緒論查，內容包含雨水排水系統管路配置、落水頭大小數量、管徑、實際收集能力與承載力，除檢討其在實際降雨狀況下之排水性能外，並分析連結雨水貯集利用設備之可行性與經濟考量；藉此除可探討實際雨水收集能力與計算公式之差異外，並可發展出以既有建築雨排水系統為基礎，導入雨水貯集利用之操作模式，以及檢討其未來法制化後實際執行可行性與衝突與否。 5.雨水貯集利用第二階段法制化研究本年度擬針對上年度研究成果，對於區域型系統容量與降雨模式進行修正，交叉分析檢討適切的儲水倍數；並提出現行規則中，不適用或衝突之規則條文，廣泛徵詢各業管單位及專家學者之意見；同時依據上年度草擬之設計、施工及維護管理規範大綱，參考本計畫收集歸納之文獻資料及相關研究成果，草擬提出各部分應包含之內容。. 第三節. 研究方法. 除非是在空氣污染嚴重地區，雨水一直是相當乾淨的水源，在許多農村地區直接收集貯集雨水便可以使用。所謂雨水貯集利用系統，係將雨水以天然地形或人工方法予以截取貯存，然後經過簡單淨化處理後再利用為生活雜用水的作法。雨水不但可用在農業灌溉或工業及民生用水之替代性補充水源，也可用為消防用水之貯水水源，對減低都市洪峰負荷也有相當助益。台灣地區年平均降雨量將近二千五百公釐，約為全球降雨平均值的二倍半，雨量可算豐沛，但是受制於地形條件，且未有足夠之蓄水設施攔蓄水源，以致每年有五成以上之降雨，未能及時控制利用就直接流入海中，甚為可惜。建築雨水眝集供水系統是由集水系統、水處理系統、儲水系統及給水系統所組成，首先利用建築基地或屋頂收集雨水，經過管線系統截流至處理系統，處理完後再流至儲水裝置中，最後再經由另一套管線送至用戶中供用水器具使用。雨水收集可以利用建築物的屋頂的落水孔將雨水導入設於地下的儲水. 5.

(17) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 槽，也可以興建蓄水池方式直接儲存雨水，經過簡易的處理後，可以做為建築物或住宅的沖洗、空調或澆灌等雜用水之用。依據本研究之目的及工作內容，本計畫可能使用之方法及理論簡介如后： 1.實驗觀測與台灣地區降雨資料的彙整與設計參數建立對於雨水貯集利用之設計參數及性能做更深入的探討，本計畫初步擬定選擇配合裝置之實驗區，建立雨水貯集利用案例觀測對象，對於雨水貯集利用之各個可能設計參數，進行現場觀測與驗證分析，藉以建立適於台灣水／地文條件之設計參數，並進行雨水貯集利用之貯集性能分析。雨水貯集利用的性能與貯集設施有很大的關係，高效率之貯集設施在較短的時間內就能將雨水收集至貯集利用系統中，並加以充分有效利用。因此建築基地設置雨水貯集利用，必須對貯集設施之集雨能力進行評估，本計畫依據第一年度所完成的「台灣地區降雨氣候分區參考圖」，再加以細分成各區域的分佈圖，以細分的區域檢討該參考圖之可適性。 2.建築物雨水利用設計量化評估與模擬分析理論建築物整體雨水利用系統大體上包括集雨、處理、貯集及給水等設施，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。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布在每天與每一地點。特別是台灣地區雖然年平均降雨豐沛（年平均降雨量約 2500 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。作為評估用氣象降雨資料一般可分為年降雨量、月降雨量、日降雨量以及時降雨量，以年降雨量與月降雨量作為雨水利用導入初期潛力評估，有其參考價值，但是誤差太大，一般無法做為設計上集雨面積或雨水貯集容積之決策依據。日降雨量係以逐日降雨記錄為依據，在既往相關文獻及. 6.

(18) 第一章緒論實際案例經驗上，大抵上係以日降雨量作為雨水利用量化之評估基準。逐時降雨量理論上可以提供更精確之評估依據，但是由於計算參數的增加，計算評估的時間及計算過程的複雜度將大為提高，以評估方法而言效益並不高。因此，本研究擬以逐日降雨量為計算評估基礎，整理量化模擬評估模式。雨水利用量的計算與累計主要取決於雨水貯集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 1-3.1 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（如台北地區）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 1-3.2 所示。. 圖 1-3.1. 雨水利用與貯集平衡之概念. 雨水收集量. 自來水補給水量. 溢流水量使用水量. 7.

(19) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 圖 1-3.2. 雨水利用模擬計算流程圖. 開始初期集雨量＝0 年間逐日累算. 雨水收集量計算（CRW＝CA*Rd*γ*10-3）. 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). 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. 年間雨水利用累計雨水利用率、自來水替代率. 結束. 8. CW＝UW－RSV’，RSV＝0.

(20) 第一章緒論 (1)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)。 3. 2. CRW(m )＝CA(m )×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） 3. 3. 3. (2）由雨水收集量CRW(m )、雨水貯集槽容積SV(m )及貯集槽貯水量RSV(m )， 3. 求得溢流水量OFV (m /日）。 CRW＋RSV＞SV 時，OFV＝CRW＋RSV－SV CRW＋RSV＜SV 時，OFV＝0 3. (3)計算當時雨水貯集槽內之貯水量RSV＇(m ) CRW＋RSV＞SV 時，RSV＇＝SV CRW＋RSV＜SV 時，RSV＇＝CRW＋RSV (4)由雨水貯集槽貯水量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 3. (5)計算此時雨水貯集槽內之剩餘貯水量RSV"(m )， RSV＇－UW＜0 時，RSV"＝0 RSV＇－UW＞0 時，RSV"＝RSV＇－UW 3 3 (6)當日最終雨水貯集槽貯水量RSV"(m )作為翌日雨水貯集槽貯水量RSV (m ). 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 3 3 量YRC (m /年)及年間使用水量YTU (m /年)計算如下：. YRU＝Σ（UW－CW），YRC＝ΣCRW，YTU＝ΣUW. 9.

(21) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 運用系統動力學理論，將以上理論模擬流程轉換成動態模擬方式，使用 STELLA 軟體進行編寫，其轉換物件導向流程如圖 1-3.3 所示：. 圖 1-3.3. 動態模擬物件導向流程關係圖. 3.既有建築物雨排水系統現況調查與分析目前建築物導入雨水貯集利用系統，大多是建築物興建時即有採用，初期投入成本耗費也較高，對於佔大多數的既有建築物而言，若能就現有之建築物屋頂雨排水系統就地改善，再經由簡單過濾設備與貯集槽，利用最少成. 10.

(22) 第一章緒論本投入，導入雨水貯集利用機制，取代部分日常雜用水。有鑑於此，本年度研究計畫擬針對既有建築物雨排水系統進行普查，採用網格法的方式，使取樣點均布於空間，以求取樣之公平性與合理性，調查重點著重於後續導入雨水貯集利用系統之可行性；既有建築物導入雨水貯集利用之先決條件取決於屋頂雨排水系統收集方式、排水立管方式、排水管路設計、最終雨水導至何處、與貯水槽設置空間有否等因子。本研究初步擬參考上述之相關理論，建立台灣地區降雨頻度分布參考圖；發展適於台灣之雨水貯集利用容量計算方法；同時探討雨水貯集利用之特性、設計施工及維護管理要點，並修改建築技術規則建立雨水貯集利用法制化程序，進而研擬雨水貯集利用技術設計手冊與規範，以及雨水貯集利用施工與維護管理規範。 4.法制化方法之探討針對雨水貯集利用法制化之探討，本計畫初步擬定以下列方式進行探討： (1)收集彙整國內外文獻，分析建築基地開發造成水循環的改變與健全都市水循環的需求下，雨水貯集利用等保水設施所扮演的角色，並配合國內外之案例進行分析探討。 (2)收集整理分析國內外有關雨水貯集入滲設施技術及雨水貯集入滲相關法規。 (3)雨水貯集利用推動法制化前，必須了解相關之影響因素，尤其最具關鍵的國土規劃體系、建築技術規則、水土保持技術規範等水利法相關法規以及其他相關法規。 (4)探討基地保水貯集設計手法對於現行相關法規之適用性，並檢討其是否有衝突點。 (5)針對現行規則中，不適用或衝突之規則條文，廣泛徵詢各業管單位及專家學者之意見，初步提出適於雨水貯集利用推廣應用之建築技術規則（增）修條文。. 11.

(23) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. (6)針對提出之建築技術規則（增）修條文，徵詢各相關業管單位，瞭解是否符合政府現行推動之相關政策。 (7)徵詢各相關產業執行單位之看法，以瞭解技術面之落實度。 (8)彙整各界之意見，對不適用之部分持續修訂，使之更形完善。本研究初步擬參考上述之相關理論，建立台灣地區降雨頻度分布參考圖；發展適於台灣之雨水貯集利用容量計算方法；同時探討雨水貯集利用之特性、設計施工及維護管理要點，並修改建築技術規則建立雨水貯集利用法制化程序，進而研擬雨水貯集利用技術設計手冊與規範，以及雨水貯集利用施工與維護管理規範。. 12.

(24) 第二章. 區域性容量設置與電腦模擬模型應用探討. 第二章區域性容量設置與電腦模擬模型應用探討內政部建築研究所致力於綠建築的九大指標中，雨水貯集利用類屬於水資源指標。為有效推動建築物設置此系統以充分有效利用水資源，除了加強雨水貯集系統之教育宣導與推廣工作外，尚須建立相關法制化的架構，以利推廣雨水貯集系統。目前國內對於屋頂雨水貯集供水系統容量設計有關的研究主要集中在點的分析上，因此在無雨量站設立之地方較不便設計，且對於未來進行法制化無強而有力之著眼點。故本章首先探討雨水貯集系統之影響因素，然後分析、歸納其容量設計方法，最後發展區域系統容量設計方法及初步建立區域設計容量電腦動態模擬模式以作為法制化分區之依據。此外，為方便使用者及決策者自行進行容量設計，本計畫初步建立「屋頂雨水貯集系統容量設計參考指南」容量輔助設計軟體，藉由圖形介面（GUI）引導使用者進行容量設計，軟體中並包含雨水相關案例介紹、問題與解答等。. 第一節. 影響系統容量設計因素之討論. 系統供水量的大小關係到屋頂雨水貯集系統的成敗，所以在設計屋頂雨水貯集系統時，必須充分了解影響系統供水變化的因素。根據 Liaw（2004）的研究，會影響雨水貯集供水系統之主要因素包括：取水模式、取水間距、需水型態、降雨型態、降雨收集效率係數及降雨資料記錄年限等。影響因素中，取水模式、降雨收集效率係數及降雨型態對系統容量設計較敏感，故需進一步討論。需水型態雖有因季節的不同而改變，但變動幅度並不大，對系統的影響較不明顯，而以日平均需水量計算即可（Liaw, 1997）；. 13.

(25) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 取水間距與降雨資料記錄年限的長短會影響系統供水率的準確度，取水間距愈短運算較為複雜但較符合實際用水情形，降雨資料記錄年限愈長系統愈趨於穩定，至少應為 50 年以上較為妥當（Liaw, 2004），然因各地區雨量站記錄年限不一，本計畫擬以超過 40 年連續降雨紀錄雨量站進行分析。以下本計畫將針對取水模式、降雨收集效率係數和降雨型態作進一步的討論與補充，以為後續工作之基礎。 1.取水模式分析在取水模式中，由供水率的觀點來看，是以「體積」來作考量，不同的取水模式會對系統提供不一樣的供水率，模擬系統實際運轉時的取水狀況，有兩種取水模式，其一是先取水後溢流模式(YBS Model，Yield before spill model)，另一種模式為先溢流後取水模式(YAS Model，Yield after spill model)。所謂 YAS Model 的取水操作規則可表示為： Yt St+1. = Min (Dt ，S t-1 ) = Min (St-1 + Qt ，Smax) – Yt. （1）（2）. 而 YBS Model 的取水操作規則可表示為： Yt = Min (Dt ，S t-1 ). （3）. St+1 = Min (St-1 + Qt- Yt ，Smax). （4）. 式中：St+1、S t-1：分別為t+1 時刻與t-1 時刻的儲蓄量； Yt ：t時刻的供水量； Qt ：t時刻的入流量； Dt ：t時刻的需水量； Smax ：貯水槽最大容量。兩種不同取水模式會對系統供水造成不同結果，YAS Model 模擬的供水率較小，因為 YAS Model 是先確定是否溢流再取水，所以在前一時刻入流量加蓄水量大於系統貯蓄容量狀況下，其下一時刻的蓄水量會比 YBS Model 的小，因此本研究選用 YBS Model 作為系統取水操作模式以提供較好的供水率。. 14.

(26) 第二章. 區域性容量設置與電腦模擬模型應用探討. 2.降雨收集效率係數的影響降雨收集效率係數會受到坡度、地理位置、季節、降雨強度、集水面積與形狀等因子的影響，同時研究中也發現降雨收集效率係數對系統容量設計極其敏感，廖朝軒（1997）曾針對 5 種不同型式屋頂進行現場實驗分析降雨收集效率係數對屋頂形狀與降雨量之改變情形，此系統設置在國立台灣海洋大學理工學院內，試驗系統包括 4 個主要子系統：屋頂雨水收集、雨水水質採樣、雨水貯存及雨量觀測系統。研究之屋頂型式採用人字型、水泥平頂型、人字模型、圓弧模型及鋸齒模型 5 種型式進行實測雨量分析，經過一年的試驗結果如表 2-1.1 所示，而由各實測分析結果，C 值介於 0.81～0.84 間，故本計畫擬以水泥平頂型式 C ＝0.81 進行後續分析。. 表 2-1.1. 不同屋頂型式之降雨收集效率係數之變化. 型式分析資料個數 N 平均值 C. 人字型 84 0.82. 變異數 σ. 0.076. *. 2 C. 水泥平頂 90 0.81 0.068. 人字模型 93 0.84. 鋸齒模型 79 0.83. 圓弧模型 87 0.81. 0.064. 0.095. 0.066. 3.降雨型態的探討降雨型態分佈均勻與否會嚴重影響系統的供水率，降雨分佈愈不均勻系統供水率愈低，所需的系統規模也愈大（蔡燿隆，1996），因此不同區域性降雨型態對屋頂雨水貯集系統的容量設計影響甚大。以往雨水貯集系統設計多以點為對象，若以其結果類比為區域性的系統性能則未免以偏概全，但若針對每一雨量站進行計算又計算量過大，而在無雨量站的地方則不便計算，且忽略區域降雨型態對系統性能的影響。故本計畫擬將台灣北、中、南、東區劃分為若干具有相同型態之降雨區域，以供後續針對區域雨水貯集系統容量設計之參考。. 15.

(27) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 第二節. 區域性系統容量設計. 1.區域性系統容量設計方法一般而言推估系統容量的方法，可概分為下列三類： (1)由需求面推估此方法主要是由計算需水量來推求所需的貯蓄容量，使用前提是研究區域之降雨量必須要大於需水量，但僅就特定區域使用，這方法考慮之因素極少，對屋頂面積的大小、需水量的變動及降雨型態的改變等都無考慮，會使計算之結果與實際使用上有極大差距，是獲得貯蓄容量最簡單但也是最概略的估計方式。 (2)由供給面推估由供給面推估主要是考慮需水量與研究區域降雨量之關係。假設需水量是固定不變的，利用歷史之降雨記錄找出研究區域之降雨量與需水量之關係，將降雨量大於需水量之月份定為濕季，否則為乾季，再以濕季累積之降雨量減去濕季累積之需水量最大之體積差，即為該區域度過乾季所需之最小貯蓄容量。此方法的優點是考慮到降雨型態的改變，缺點是需水量採固定不變，且以月為計算間距，與實際的取水狀況有所差距。 (3)從數學模式推估在分析雨水貯集系統之供水可靠度方面，一般常用的方法有模擬法與累積曲線法；模擬法是利用歷史記錄之入流量代入連續方程式模擬貯集系統容量的連續性變化；累積曲線法為將系統淨入流量的累積點繪圖，則需水曲線與累積曲線的最大差距代表要滿足所需的貯集系統容量。模擬法簡單明瞭，考慮到季節性、序列相關性，各相關變量如時間間距、需水量及集水面積等因素，很容易依實際情況加以改變，可清楚的看出系統運轉的情況。綜上所述，本計畫初步擬採用模擬法進行區域性貯集系統容量設計之模擬。而系統供水量的大小關係到雨水供水系統的成敗，為了評估系統設計之. 16.

(28) 第二章. 區域性容量設置與電腦模擬模型應用探討. 優劣，在此以系統供水量與實際需水量之比值定義為供水率（The Ratio of Supplement, Rv）作為評估標準。. 2.北部區域分區 (1)區域介紹台灣北部地區行政區域包括基隆市、台北市、台北縣、桃園縣、新竹市、新竹縣及宜蘭縣等七個縣市，計有 1 個院轄市、2 個省轄市、14 個縣轄市、 14 鎮、39 鄉，總計 70 個市鄉鎮，土地面積合計 7,347.23 平方公里，佔台灣總面積之 20.4％。台灣北部屬於亞熱帶海洋性氣候，夏季較長，盛行西南季風，冬季則盛行東北季風，東部為中央山脈所阻隔，形成天然屏障，對宜蘭之降雨分佈有甚大影響，氣流因受高山所阻隔，致使山區迎風面有較大之雨量分佈，而西部靠海平坦地區，則雨量較小。本區全年各月降雨量以 9、10 月份較高，其餘月份頗為平均，年平均降雨量約在 3,000 公釐，年平均降雨量分佈如圖 2-2.1 所示。然因地形關係使得台灣北部地區降雨型態變化大，對區域性屋頂雨水貯集系統容量設計影響甚巨，故不能將全區視為一區計算，而進一步需將其分類為降雨型態均勻之子區域。. 17.

(29) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 圖 2-2.1. 台灣北部區域年等降雨量線圖. (2)雨量站之選取本計畫利用聚類分析方法，將北部區域的降雨型態予以分類，進而對降雨較均勻之次區域進行系統容量計算工作，因此以歷年之平均旬雨量來分析其降雨統計特性，作為設計區域性雨水供水系統時之依據。本計畫以水利署所統計雨量站為主，台灣北部地區雨量觀測資料，最早始於 1896 年，至 2003 年間共設有 385 站。本計畫採用現存雨量站中記錄年數完整且連續達 40 年以上之站，共選取 58 站，共計台北市 3 站，台北縣 12 站，基隆市 1 站，桃園縣 16 站，新竹市 1 站，新竹縣 12 站及宜蘭縣 13 站。以往在設計雨水供水系統時，甚少考慮當地的降雨分佈情形，僅就需水量與貯蓄容量大小來作依據，而忽略了當地降雨特性的重要性。圖 2-2.2、圖 2-2.3 為台北縣富貴角站及桃園縣高義站之旬雨量分佈圖，其年平均雨量分別為 2195.9mm 及 2181.1mm，兩地雨量相差不多，但由於高義站的降雨分佈極不平均，所以在相同供水率下，高義站所需的集水面積與貯蓄容量要比. 18.

(30) 第二章. 區域性容量設置與電腦模擬模型應用探討. 富貴角站大很多，因此以持續穩定的降雨來供給貯水桶的貯水量，才能維持一定的供水率，高義站在冬季雖然有大量的降雨，在短時間上對貯水桶的水量補充有一定的成效，但對長時間而言，卻無法達到持續供給之效果。. 圖 2-2.2. 台北縣富貴角站歷年平均旬雨量分佈圖富貴角站. 140 Mean ten-day rainfall(mm). 120 100 80 60 40 20 33. 35. 33. 35. 31. 29. 27. 25. 23. 21. 19. 17. 15. 13. 11. 9. 7. 5. 3. 1. 0 Ten-Day. 圖 2-2.3. 桃園縣高義站歷年平均旬雨量分佈圖. 31. 29. 27. 25. 23. 21. 19. 17. 15. 13. 11. 9. 7. 5. 3. 1. Mean ten-day rainfall(mm). 高義站 140 120 100 80 60 40 20 0 Ten-Day. (3)雨型分類法分類方法主要可分成二大類，一為階層分析法又稱系統聚類法；另一為非階層分析法又稱動態聚類法，茲分述如下： A.系統聚類法系統聚類法是聚類分析中應用最廣泛的一種方法，凡具有數值特徵的變數和樣本都可以採用階層分析法。系統聚類法係由每一樣本各自成一群集開. 19.

(31) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 始，把樣本逐個地合併成一些子集，直至所有樣本都在同一個集合之內為止。其分類步驟如下：聚類分析處理的開始是各個樣本自成一類，n 個樣本分為 n 類，計算各樣本間的距離，並將距離最近的兩個樣本併成一類。計算類與類之間的距離，並將最近的兩類併成一類，如果類的個數大於 1，則繼續合併，直到所有樣本歸為同一類為止。最後繪製系統聚類樹狀圖如圖 2-2.4，按不同的分類標準或不同的分類原則，得出不同的分類結果。系統聚類法中愈早合併之樣本，其相似性愈高，愈後合併者，則相似性愈低。系統聚類法的優點是能清楚控制不同的分類標準所得出不同分類結果，缺點是除計算量大外，尚會產生「硬性」的劃歸，忽視了樣本間連續性的問題。. 圖 2-2.4. x2. 系統聚類分析樹狀圖. G1. x3 樣本. G3. x4. G2. x5 x1 L1. L2. L3. L4. 距離. B.動態聚類法在階層分析法中，群集形成後即不再拆散，而動態聚類法在分群過程中，則將原有之群集予以拆散組合成新的集群，並重新計算距離。而因初始分類不一定合理，按最近距離原則進行修改不合理的分類，直到分類合理為止，形成一個最終的分類結果，常用的方法有 K 均值法。動態聚類流程圖如. 20.

(32) 第二章. 區域性容量設置與電腦模擬模型應用探討. 圖 2-2.5，其分類步驟如下（葉惠中 1991；羅積玉，1994）： 1.選擇預定的分類數，對樣本進行初始分類。若初始分類數為 K，則將每個樣本分別歸入第 k 類（1 ≤ k ≤ K），得到初始分類。其方法如下：如欲將全部樣本分為 K 類，對每一樣本 xi 計算： ( K − 1)( SUM (i ) − MI ) +1 ( MA − MI ). （5）. m. 式中，. SUM (i ) = ∑ xij j =1. MA = max SUM (i ) 1≤i ≤ n. MI = min SUM (i ) 1≤i ≤ n. 其中 xij 表示第 i 個樣本的第 j 個指標. x 假設與這個數接近的整數為 k，則將樣本 i 歸入第 k 類（1 ≤ k ≤ K），這樣得到初始分類。. 圖 2-2.5. 動態聚類法計算流程圖. 讀入原始數據、參數. 確定預分類數K. 樣本初始分類. 計算初始分類的各重心. 調整分類結果計算各樣本所屬類別. 再計算各類重心. 前後兩次凝聚點是否相同？. 否. 是輸出計算結果. 21.

(33) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 2.計算每一類的重心（平均數），使該重心作為新的凝聚點，然後計算各樣本至各群集重心距離（通常採用歐氏距離），然後將樣本指定至距離最近的群集中，再重新計算可獲得新樣本與失去新樣本之群集新重心，以代替原來的凝聚點。. ⎡m 2⎤ d ij = ⎢∑ (xik − x jk ) ⎥ ⎦ ⎣ k =1. 1. 2. （ i , j =1, 2, …….n）. （6）. 3.重複步驟二的過程，直到各樣本皆不必重新指定到其他群集為止。動態聚類每一次的迭代，都會使相對應的分類函數縮小，直到前後兩次的重心完全相同時，計算過程收斂，此時分類函數趨於定值。按此修改法的最終分類結果受到初始分類的影響，是動態聚類法的一個缺點，所以分類完成後應進行聚類檢定，以判斷初始分類是否合理。. (4)聚類檢定聚類檢定是為了測試各組間有無差異性。要檢定兩群組間有無差異性所使用的方法是 t 檢定（t-Test），對於三組或三組以上平均值的檢定，則必須使用變異數分析（Analysis of Variance；ANOVA）。變異係數分析是一種用以檢定幾組獨立群體相似與否的一種統計分析方法，主要是利用各群資料的變異狀況來檢驗各群的差異，總變異可分為群內變異和群間變異。聚類分析之結果適當與否，有下列兩原則加以檢定： (一) 群內之變方應為最小（即均一性）。 (二) 群間之變方應為最大（即異質性）。將組間均方值除以組內均方值，即得到F值。本研究以 α ＝0.05，F的臨界值可由查F分配表得知，若所得的F值大於臨界F＊值，則代表 P( F( K −1, N − K ) ) < α ，表示分組結果是可以接受的，若所得的F值，小於臨界F 值，＊. 則代表各組之間並無差異，必須重新分組。. 22.

(34) 第二章. 區域性容量設置與電腦模擬模型應用探討. (5)北部區域降雨型態分類因動態聚類法較具彈性，因此本研究利用 SPSS 統計套裝軟體，採用動態聚類分析中的 K 均值法進行分群，而分析中之變數若採用月或年之平均降雨量來作分析，所產生之結果無法明顯看出實際降雨分佈情形；採用日降雨量雖與實際用水情形較為相近，但會因資料太過龐大，增加計算的負擔，所以將所選取的 58 個雨量站降雨資料，以各站 40 年之平均旬雨量作聚類分群分析之變數，經不斷決定計算不同初始分類數，並經聚類檢定，最後將 58 個雨量站分作七類，如表 2-2.1 所示。由表 2-2.1 統計出第一、二、三、四、五、六、七群體分別有 1、16、9、 1、2、17、12 站。表 2-2.2 為台灣北部地區降雨型態聚類檢定結果，當 α ＝ 0.05 時， F. ＊. 之值為 2.295，得到所有的F均大於F＊，顯著性機率值均小. 0.05(6,51). 於 0.05，表示聚類分析結果是可以被接受的。. 23.

(35) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 表 2-2.1. C ase N um ber 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38. 24. C lu s te r 2 6 6 6 5 6 6 6 3 3 6 7 7 7 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 6 6 3 3 3 1 4 6 6 2 2. K 均值法聚類分群結果. C lu s te r M e m b e rsh ip D is ta n c e C a se N u m b e r 1 0 4 .1 0 3 39 5 2 .6 9 6 40 6 8 .0 1 2 41 7 5 .3 0 1 42 8 5 .1 1 3 43 1 2 1 .3 9 5 44 7 2 .4 3 5 45 6 4 .0 4 8 46 9 5 .7 5 9 47 8 1 .1 3 0 48 5 7 .7 4 2 49 1 1 8 .9 4 7 50 6 9 .8 5 0 51 6 7 .7 2 6 52 9 7 .6 9 9 53 3 6 .5 5 4 54 2 6 .9 0 9 55 3 2 .5 6 1 56 4 8 .0 2 2 57 3 2 .5 6 1 58 2 0 .8 5 2 1 6 8 .7 2 0 1 7 .9 2 6 4 4 .8 3 7 2 9 .9 7 9 3 9 .1 0 9 4 7 .2 4 5 7 2 .3 9 3 9 1 .1 0 5 8 1 .1 3 0 1 1 3 .2 9 8 1 2 1 .3 5 3 0 .0 0 0 0 .0 0 0 4 3 .6 4 1 5 2 .9 0 0 7 9 .5 2 8 7 9 .0 6 4. C lu ste r 6 6 6 6 6 5 6 7 7 7 3 3 3 3 7 7 7 7 7 7. D is ta n c e 1 3 0 .2 9 7 5 4 .3 3 2 3 6 .3 0 1 4 8 .9 6 4 4 7 .6 2 9 8 5 .1 1 3 1 3 4 .5 1 7 8 9 .4 6 9 6 8 .4 9 7 6 2 .6 3 5 6 0 .4 8 1 5 4 .2 3 7 9 6 .9 9 0 2 9 .0 9 0 3 5 .6 1 4 8 5 .2 0 7 9 7 .9 2 9 7 9 .2 9 7 6 0 .4 8 1 5 4 .2 3 7.

(36) 第二章. 表 2-2.2. 區域性容量設置與電腦模擬模型應用探討. 降雨型態聚類檢定分析表 ANOVA. VAR00001 VAR00002 VAR00003 VAR00004 VAR00005 VAR00006 VAR00007 VAR00008 VAR00009 VAR00010 VAR00011 VAR00012 VAR00013 VAR00014 VAR00015 VAR00016 VAR00017 VAR00018 VAR00019 VAR00020 VAR00021 VAR00022 VAR00023 VAR00024 VAR00025 VAR00026 VAR00027 VAR00028 VAR00029 VAR00030 VAR00031 VAR00032 VAR00033 VAR00034 VAR00035 VAR00036. Cluster Mean Square df 4375.006 2438.458 5321.658 3184.053 3007.632 1974.630 1542.306 1664.038 1459.737 879.092 580.474 493.454 305.841 884.263 1327.489 1353.584 902.379 1247.328 1045.824 1378.746 4861.615 3878.744 5024.093 7345.452 7962.744 30230.028 38702.395 47814.774 36438.819 35299.708 18939.373 26097.012 18472.600 6048.714 8657.589 8500.049. 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6. Error Mean Square 84.7350 83.1982 96.9117 66.1370 56.7984 47.7747 57.8546 70.3320 119.6619 157.4187 84.3270 91.4345 40.3854 170.6751 202.1607 434.6422 337.9997 209.8455 185.8415 220.2484 389.4814 326.1002 323.4825 266.2010 448.2825 381.2323 253.2579 312.8595 210.0038 280.3599 245.5721 237.8551 205.3296 103.9128 88.0162 111.8434. F. Sig .. df 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51. 51.632 29.309 54.912 48.143 52.953 41.332 26.658 23.660 12.199 5.584 6.884 5.397 7.573 5.181 6.567 3.114 2.670 5.944 5.628 6.260 12.482 11.894 15.531 27.594 17.763 79.296 152.818 152.831 173.515 125.909 77.123 109.718 89.966 58.210 98.364 76.000. 9E-17 8E-13 3.2E-17 2.9E-16 5.9E-17 3.5E-15 3.4E-12 2E-11 1.3E-07 0.00031 5.3E-05 0.00041 2.2E-05 0.00056 8.1E-05 0.01398 0.02922 0.00019 0.00029 0.00012 1E-07 1.8E-07 6.5E-09 2E-12 1.1E-09 5.9E-20 4.8E-25 4.8E-25 4.8E-26 1.6E-23 9.5E-20 1.9E-22 6.4E-21 1.2E-17 1.3E-21 1.2E-19. 25.

(37) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 第一、第四及第五群體，分別只有 1 站或 2 站，這種站數過少的群集在應用上並無太大效果，且會增加實際使用上的困難，因此在考慮地形及相關位址後，將第一群體的第 33 站納入第七群體；第四群體的第 34 站劃入第七群體；第五群體的第 5 站歸入第六群體，而第 44 站則納入第七群體。最後則將台灣北部地區劃分為四小區域，如表 2-2.3 所示，其相關位置如圖 2-2.6 所示。各區範圍第一區為台北縣西半部、桃園縣西半部、新竹縣西半部及新竹市，年平均降雨量為 1769.1mm，變異係數為 0.49；第二區範圍為台北縣南部及宜蘭縣東半部，年平均降雨量為 2959.7mm，變異係數為 0.58；第三區範圍為台北縣西南部、桃園縣及新竹縣東半部，年平均降雨量為 2034.8mm，變異係數為 0.61；第四區包括台北市、基隆市、台北縣東北部及宜蘭縣東半部，年平均降雨量為 3413.7mm，變異係數為 0.52。. 表 2-2.3 台北縣北部Ⅰ區. 桃園縣. 新竹縣新竹市台北縣北部Ⅱ區宜蘭縣台北縣桃園縣北部Ⅲ區新竹縣台北縣北部Ⅳ區. 26. 台北市基隆市宜蘭縣. 北部分區代碼表. 新莊市、金山鄉、石門鄉、三芝鄉、淡水鎮、八里鄉、五股鄉、林口鄉、泰山鄉、樹林鎮、鶯歌鎮桃園市、中壢市、山鄉、蘆竹鄉、八德鄉、大園鄉、平鎮鄉、觀音鄉、新屋鄉、楊梅鎮竹北市、新豐鄉、湖口鄉、新埔鄉新竹市全部石碇鄉、坪林鄉、烏來鄉礁溪鄉、員山鄉、三星鄉、大同鄉板橋市、永和市、中和市、土城市、新店市、三峽鎮大溪鎮、龍潭鄉、復興鄉關西鄉、芎林鎮、橫山鄉、竹東鎮、寶山鄉、峨眉鄉、北埔鄉、尖石鄉、五峰鄉三重市、汐止鎮、萬里鄉、平溪鄉、瑞芳鎮、貢寮鄉、雙溪鄉、深坑鄉、蘆洲鄉台北市全部基隆市全部宜蘭市、頭城鄉、壯圍鄉、五結鄉、羅東鎮、東山鄉、蘇澳鎮、南澳鄉.

(38) 第二章. 圖 2-2.6. 區域性容量設置與電腦模擬模型應用探討. 台灣北部地區四區域示意圖. (6)無因次雨水利用系統容量設計曲線本計畫依據降雨收集效率係數及模擬模式，分別計算四個子區域 D/R（需水量除以平均降雨量）、S/R（貯水體積除以平均降雨量）與供水率之關係。圖 2-2.7 至圖 2-2.10 為北區四個子區域的需求參數、貯水參數及供水率關係圖。. 圖 2-2.7. 台灣北部第一區貯水體積與需水量關係圖. Annual Demand / M ean Annual Rainfall (%). 0.0. RV¡ GThe Ratio of Supplement. 10.0 20.0 30.0 40.0. Rv=100%. 50.0 60.0 Rv=90%. 70.0. Rv=80%. 80.0. Rv=70%. 90.0. 100.0 0.0. 1.0. 2.0. 3.0. 4.0. 5.0. 6.0. 7.0. 8.0. 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0. Storage Volume / Mean Annual Rainfall (%). 27.

(39) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 圖 2-2.8. 台灣北部第二區貯水體積與需水量關係圖. Annual Demand / Mean Annual Rainfall (%). 0.0. RV: The Ratio of Supplrment. 10.0 20.0 30.0 40.0 Rv=100%. 50.0 60.0 70.0. Rv=90%. 80.0. Rv=80%. 90.0. Rv=70%. 100.0 0.0. 1.0. 2.0. 3.0. 4.0. 5.0. 6.0. 7.0. 8.0. 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0. Storage Volume / Mean Annual Rainfall (%). 圖 2-2.9. 台灣北部第三區貯水體積與需水量關係圖. Annual Demand / Mean Annual Rainfall (%). 0.0. RV: The Ratio of Supplement. 10.0 20.0 30.0 40.0 Rv=100%. 50.0 60.0 70.0. Rv=90%. 80.0. Rv=80%. 90.0. Rv=70%. 100.0 0.0. 1.0. 2.0. 3.0. 4.0. 5.0. 6.0. 7.0. 8.0. 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0. Storage Volume / Mean Annual Rainfall (%). 圖 2-2.10. 台灣北部第四區貯水體積與需水量關係圖. Annual Demand / Mean Annual Rainfall (%). 0.0. RV: The Ratio of Supplement. 10.0 20.0 30.0 40.0 Rv=100%. 50.0 60.0 70.0. Rv=90%. 80.0. Rv=80%. 90.0. Rv=70%. 100.0 0.0. 1.0. 2.0. 3.0. 4.0. 5.0. 6.0. 7.0. 8.0. 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0. Storage Volume / Mean Annual Rainfall (%). 28.

(40) 第二章. 區域性容量設置與電腦模擬模型應用探討. 3.中部區域分區 (1)區域介紹台灣中部地區行政區域包括台中市、苗栗縣、台中縣、彰化縣、雲林縣及南投縣等六個縣市，土地面積合計約 10,507 平方公里，佔台灣總面積之 29.2％。本區全年各月降雨量以 9、10 月份較高，其餘月份頗為平均，年平均降雨量約 1,618 公釐。 (2)雨量站之選取本計畫利用聚類分析方法，將中部區域的降雨型態予以分類，進而對降雨較均勻之次區域進行系統容量計算工作，因此以歷年之平均旬雨量來分析其降雨統計特性，作為設計區域性雨水供水系統時之依據。本計畫以水利署所統計雨量站為主，本計畫採用中部地區現存雨量站中記錄年數完整且連續達 40 年以上之站，共選取 58 站，共計苗栗縣 7 站，台中縣 14 站，南投縣 12 站，彰化縣 10 站及雲林縣 15 站。 (3)中部區域降雨型態分類本計畫利用 SPSS 統計套裝軟體，採用動態聚類分析中的 K 均值法進行分群，而分析中之變數若採用月或年之平均降雨量來作分析，所產生之結果無法明顯看出實際降雨分佈情形；採用日降雨量雖與實際用水情形較為相近，但會因資料太過龐大，增加計算的負擔，所以將所選取的 58 個雨量站降雨資料，以各站之平均旬雨量作聚類分群分析之變數，經不斷決定計算不同初始分類數，並經聚類檢定，最後將 58 個雨量站分作二類，第一、二群體分別有 42 及 16 站，年平均降雨量分別為 1,403.78 及 2,182.12 公釐，各區範圍劃分如表 2-2.4 所示。. 29.

(41) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 表 2-2.4. 中部分區代碼表. 苗栗縣. 竹南鎮、後龍鎮、通宵鎮、苑裡鎮、西湖鄉、銅鑼鄉、三義鄉、公館鄉、頭屋鄉、造橋鄉、頭份鎮、三灣鄉南投縣國姓鄉、中寮鄉、集集鎮、鹿谷鄉、竹山鎮、埔里鎮、魚池鄉、水里鄉、仁愛鄉、信義鄉台中縣台中市、大安鄉、龍井鄉、大肚鄉、烏日鄉、外埔鄉、神岡鄉、大雅鄉、潭子鄉、后里鄉、豐原市、石岡鄉、中部Ⅰ區大里市、大甲鎮、太平鄉、沙鹿鎮、清水鎮、梧棲鎮彰化縣、市全區雲林縣麥寮鄉、臺西鄉、四湖鄉、口湖鄉、崙背鄉、東勢鄉、水林鄉、北港鄉、元長鄉、褒忠鄉、二崙鄉、虎尾鄉、西螺鄉、大埤鄉、斗南鎮、荊桐鄉、土庫鎮、斗六市、林內鄉苗栗縣南庄鄉、獅潭鄉、大湖鄉、卓蘭鎮南投縣草屯鎮、南投市、名間鄉中部Ⅱ區台中縣和平鄉、新社鄉、東勢鎮雲林縣古坑鄉. 4.南部區域分區 (1)區域介紹台灣南部地區行政區域包括高雄市、台南市、嘉義市、嘉義縣、台南縣、高雄縣、屏東縣及澎湖縣等八個縣市，土地面積合計約 10,002 平方公里，佔台灣總面積之 27.8％。而澎湖縣屬離島地區，其氣候條件與台灣地區不同須另行繪製，故在本計畫中先不予以探討。本區全年各月降雨量以 9、10 月份較高，其餘月份頗為平均，年平均降雨量約 2,162 公釐。 (2)雨量站之選取本計畫利用聚類分析方法，將南部區域的降雨型態予以分類，進而對降雨較均勻之次區域進行系統容量計算工作，因此以歷年之平均旬雨量來分析其降雨統計特性，作為設計區域性雨水供水系統時之依據。. 30.

(42) 第二章. 區域性容量設置與電腦模擬模型應用探討. 本計畫以水利署所統計雨量站為主，本計畫採用南部地區現存雨量站中記錄年數完整且連續達 40 年以上之站，共選取 75 站，共計嘉義縣 15 站，台南縣 23 站，高雄縣 21 站及屏東縣 16 站。 (3)南部區域降雨型態分類本計畫利用 SPSS 統計套裝軟體，採用動態聚類分析中的 K 均值法進行分群，而分析中之變數若採用月或年之平均降雨量來作分析，所產生之結果無法明顯看出實際降雨分佈情形；採用日降雨量雖與實際用水情形較為相近，但會因資料太過龐大，增加計算的負擔，所以將所選取的 75 個雨量站降雨資料，以各站之平均旬雨量作聚類分群分析之變數，經不斷決定計算不同初始分類數，並經聚類檢定，最後將 75 個雨量站分作三類，第一、二及三群體分別有 45、21 及 9 站，年平均降雨量分別為 1,504.09、2,098.55 及 2,883.20 公釐，各區範圍劃分如表 2-2.5 所示。. 表 2-2.5. 南部分區代碼表. 高雄縣大社鄉、大寮鄉、仁武鄉、永安鄉、岡山鎮、林園鄉、阿蓮鄉、茄萣鄉、梓官鄉、鳥松鄉、湖內鄉、路竹鄉、鳳山市、橋頭鄉、彌陀鄉高雄市全部嘉義縣太保市、朴子市、布袋鎮、大林鎮、民雄鄉、溪口鄉、新港鄉、六腳鄉、東石鄉、義竹鄉、鹿草鄉、水上鄉南部Ⅰ區嘉義市全部台南縣新營市、鹽水鎮、柳營鄉、後壁鄉、麻豆鎮、下營鄉、官田鄉、佳里鎮、學甲鎮、西港鄉、七股鄉、新化鎮、將軍鄉、善化鎮、新市鄉、北門鄉、安定鄉、仁德鄉、歸仁鄉、關廟鄉、永康市台南市全部屏東縣萬丹鄉、新園鄉、崁頂鄉、東港鎮高雄縣田寮鄉、燕巢鄉、大樹鄉、旗山鎮、內門鄉、美濃鎮、南部Ⅱ區杉林鄉嘉義縣中埔鄉、竹崎鄉、梅山鄉台南縣白河鎮、東山鄉、大內鄉、六甲鄉、玉井鄉、山上鄉、左鎮鄉、龍崎鄉. 31.

(43) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 屏東縣屏東市、長治鄉、九如鄉、里港鄉、鹽埔鄉、麟洛鄉、內埔鄉、萬丹鄉、竹田鄉、新園鄉、崁頂鄉、潮州鎮、南州鄉、新埤鄉、東港鎮、林邊鄉、佳冬鄉、琉球鄉、枋寮鄉、枋山鄉、車城鄉、恆春鎮、滿州鄉、獅子鄉、牡丹鄉高雄縣三民鄉、桃源鄉、茂林鄉、甲仙鄉、六鄉台南縣楠西鄉、南化鄉南部Ⅲ區嘉義縣番路鄉、大埔鄉、阿里山鄉屏東縣三地門鄉、高樹鄉、霧台鄉、瑪家鄉、萬巒鄉、泰武鄉、來義鄉、春日鄉. 5.東部區域分區 (1)區域介紹台灣東部地區行政區域包括花蓮縣、台東縣等兩縣，土地面積合計約 8,144 平方公里，佔台灣總面積之 22.62％。本區全年各月降雨量以 9、10 月份較高，其餘月份頗為平均，年平均降雨量約 2,122 公釐。 (2)雨量站之選取本計畫利用聚類分析方法，將東部區域的降雨型態予以分類，進而對降雨較均勻之次區域進行系統容量計算工作，因此以歷年之平均旬雨量來分析其降雨統計特性，作為設計區域性雨水供水系統時之依據。本計畫以水利署所統計雨量站為主，本計畫採用東部地區現存雨量站中記錄年數完整且連續達 40 年以上之站，共選取 21 站，共計台東縣 10 站及花蓮縣 11 站。 (3)東部區域降雨型態分類本計畫利用 SPSS 統計套裝軟體，採用動態聚類分析中的 K 均值法進行分群，而分析中之變數若採用月或年之平均降雨量來作分析，所產生之結果無法明顯看出實際降雨分佈情形；採用日降雨量雖與實際用水情形較為相近，但會因資料太過龐大，增加計算的負擔，所以將所選取的 21 個雨量站降雨資料，以各站之平均旬雨量作聚類分群分析之變數，經不斷決定計算不同. 32.

(44) 第二章. 區域性容量設置與電腦模擬模型應用探討. 初始分類數，並經聚類檢定，最後將 19 個雨量站分作四類，第一、二、三及四群體分別有 2、9、4 及 6 站，年平均降雨量分別為 2,327.31、1,657.31、 2,416.23 及 2,087.17 公釐，各區範圍劃分如表 2-2.6 所示。. 表 2-2.6 東部Ⅰ區台東縣台東縣東部Ⅱ區花蓮縣台東縣東部Ⅲ區花蓮縣花蓮縣東部Ⅳ區. 第三節. 東部分區代碼表. 大武鄉、達仁鄉台東市、太麻里、金峰鄉、卑南鄉、延平鄉、鹿野鄉、東河鄉、關山鎮、成功鎮、池上鄉、海瑞鄉富里鄉長濱鄉玉里鎮、卓溪鄉、瑞穗鄉、豐濱鄉、光復鄉花蓮市、新城鄉、吉安鄉、秀林鄉、壽豐鄉、鳳林鎮、萬榮鄉. 屋頂雨水貯集系統容量設計參考指南. 為提供決策者於設置雨水貯集系統之參考，本計畫以系統動力學理論（System Dynamics）及 STELLA 6.0 軟體建置「屋頂雨水貯集系統容量設計參考指南」軟體；此軟體是以前述區域容量計算方法為運算核心，考量台灣地區區域降雨特性之雨水貯集系統容量設計軟體。以下則分別針對系統動力學基礎、優點以及「屋頂雨水貯集系統容量設計參考指南」軟體進行介紹。 1.系統動力學簡介系統動力學的發展是建立在資訊回饋系統理論、決策過程、實驗式的系統分析法及電腦模擬的基礎上。 (1)資訊回饋系統理論其基本運作機制為環境資訊的傳達，影響決策與決策所採取的行動，而. 33.

(45) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 行動將影響環境，而環境則再進一步傳達資訊影響下一次決策，如此循環不已的過程。 (2)決策過程此項基礎發展來自於美國陸軍於 1950 年代對於戰術作業所做的研究成果，其最大的啟示來自於其管理指揮功能的研究，發現當戰爭步調加快時，決策將有必要從戰術決策階層提升至策略規劃階段，指揮官只要訂定目標，不需時時刻刻依照敵人的行動計算目標，因此系統動力學強調組織政策設計。 (3)實驗式的系統分析法現實的系統是複雜且動態的，因此想要單靠數學分析方法求得解析解是困難且不可行的，於是系統動力學利用數學模型描述時變的系統行為模型，如此可容易地運用於管理的問題上，且對於系統行為變化能更容易的瞭解。 (4)電腦模擬近年來，由於資訊的高度發展，使得人們在計算複雜數學式上有了相當大的改善。透過電腦模擬的方式，可以改進過去模擬方法中數學式計算上的缺點與不足。市售軟體包含 DYNAMO、VEMSIM 、STELLA II 和 POWERSIM 等，而本計畫選擇使用 STELLA II6.0 版進行軟體之設計。綜上所述，系統動力學具有下列優點：一、它能處理高階次、非線性、多重複雜時變系統的問題；二、它能明確表現系統內部及系統外部因素之間的相互關係；三、它能對系統動力發展及其趨勢進行判讀；四、它能對系統設定各種控制因素，觀察系統行為變化趨勢；五、它能對系統行為進行動力的模擬，以觀察系統在不同的組織狀態或不同的政策因素輸入時所表現的行為和趨勢；六、它是一種結構型的模型，著重於研究系統的結構和動力行為；七、它能做長期的動力策略性的定量研究；八、它是一種專門的 DYNAMO 軟體，在電腦上已經廣泛使用，可以節省大量的人力、物力及資金，此外，它不需高深的計算機語言知識便能掌握操作。. 34.

(46) 第二章. 區域性容量設置與電腦模擬模型應用探討. 所以實際上系統動力學是一個「管理實驗室」，利用這個實驗室，決策者可以試驗各種虛擬假設的組織結構變更或經營方針的改變，藉助電腦模擬結果做為決策的重要參考依據。. 2.「屋頂雨水貯集系統容量設計參考指南」軟體相對於許多電腦模式對於非建構者而言，較難以快速進行方案修改及方案結果解讀，造成推行的困難及資源的浪費。因此，本設計軟體提供了簡單操作、以圖示為基礎所設計的使用者介面，共分為綠建築水資源指標、屋頂雨水貯集系統概述、貯集桶容量設計、雨水利用實例及問題與解答等幾個部分。整體而言，「屋頂雨水貯集系統容量設計參考指南」是包含完整功能且易於一般民眾使用之專業雨水貯集容量設計軟體。「屋頂雨水貯集系統容量設計參考指南」操作介面如圖 2-3.1 所示，內容概要內容分述如后：一、綠建築指標：簡述內政部建築研究所建立之綠建築指標定義及提倡節約用水之目的。二、屋頂雨水貯集系統概述：簡單概述屋頂雨水貯集系統的組成至少應包含集水區域、導管系統、貯水槽及其他的水質相關處理系統。三、貯集槽容量設計：本軟體係基於前述之台灣地區分區結果及所建立之無因次區域性雨水利用系統容量設計曲線，所建置之雨水貯集桶容量設計使用軟體，分別以圖示、按鈕及拉桿方式，逐步引領使用者進行區域性雨水貯集桶容量設計。而依據需求者的不同情勢設定，本軟體所建議之貯水桶設計容量大小可當作設置參考。考量台灣地區區域性降雨特性所適用之雨水貯集桶容量設計使用軟體，以圖示、按鈕及拉桿方式，逐步引領使用者進行區域性雨水貯集桶容量設計。四、雨水利用實例：以動態播放方式針對台北市立動物園、南湖國中及三芝國小雨水貯集系統實例介紹，與美國、日本、泰國及菲律賓等國之雨水利用狀況介紹。. 35.

(47) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 五、問題與解答：針對雨水利用常遇到之問題，如水源、水質、用途及缺水等問題進行解答；並介紹內政部建築研究所及台灣雨水利用協會職責、聯絡方式及網站等資訊，以供民眾查詢雨水貯集相關資訊。本軟體目前為測試版（Beta 2），並於綠建築博覽會時加入展示，而本計畫擬持續對「屋頂雨水貯集系統容量設計參考指南」進行資料增加與修正，以使其內容更加豐富完整。. 圖 2-3.1. 36. 屋頂雨水貯集系統容量設計參考指南首頁.

(48) 第三章. 雨水貯集利用之性能評估. 第三章雨水貯集利用之性能評估建築物雨水貯集利用系統之導入，在決定設施規模時，應考慮可替代用水量的供需平衡；不同的地區有不同的降雨特性，降雨量的多寡將影響雨水貯集槽容量及相關設施的設計；另外在替代供水部份，使用水量會因建築物類型不同而有分別的用水型態與用水量。目前國內對於雨水貯集利用系統，尚無針對各區域之性能監測，無法實際描述雨水貯集系統長期運作機制；本研究擬建立電腦動態模擬程式，藉由類似水庫水量管理之監控機制，配合實際雨量資料與各建物類型用水量，對於雨水利用動態變化進行模擬，以提供後續法制化之技術依據與背景數值。. 第一節. 雨水貯集槽設置容量. 本研究將根據現行綠建築評估指標(2003)水資源指標，其雨水貯集槽設計容積Vs之簡易評估計算法為：. Rc ＝（自來水替代水量Ws）÷（總用水量Wt）………………………（1） Vs ≧ 儲水倍數 Ns ×. Ws ……………………………………………（2）. 其中，自來水替代水量Ws以下列日集雨量Wr及雨水利用設計量Wd之較小者為標準，亦即：. 日集雨量Wr ＝日降雨量R × 集雨面積Ar × 日降雨概率P…………（3）. 37.

(49) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 雨水利用設計量Wd ＝ΣRi………………………………………………（4）當 Wr ≦ Wd 時 Ws ＝ Wr 當 Wr ＞ Wd 時 Ws ＝ Wd. 其中 Rc：自來水替代率，無單位（-）。 Ws：推估自來水替代水量（公升/日）。 Wt：建築物總用水量（公升/日），依表 3-1.1 之標準計算，不在表列之建築物類型，請根據建築實際設計的用水量需求計算之。 3. Vs：雨水儲水槽設計容積(m )。 Ns：儲水倍數，無單位，查表 3-1.2。 Wr：基地內雨水利用系統設計平均單日集雨量（公升/日）。 R：基地所在地區日平均降雨量(mm/日)，可以查表 3-1.2 台灣各地年平均降雨量統計表，或就近取得中央氣象局在當地雨量測站之近十年之年平均降雨量資料。 P：日降雨概率，無單位。 2. Ar：集雨面積(m )，一般設計以屋頂面積計算，也可以納入基地地面集雨面積，但是必須有集雨管路系統及過濾處理設備設計。 Wd：雨水利用設計量（公升/日）。 Ri：可用雨水來替代之用途項目用水量，由設計單位依據該建築物利用於廁所、清潔、洗車、園藝澆灌之用途項目計算水量來認定，住宅類建築依據表 3-1.1 計算，其他類建築必須依據各項雨水用途合理設定，同時應有該用途之配套供水管路系統設計才能被認可。. 38.

(50) 第三章. 表 3-1.1. 建築類別. 建築類別用水量推估計算基準. 規模類型. 單位面積用水量Wf（公升全棟建築總用水量 Wt（公升/日） 2 /m ‧日）. 辦公類（註 1）一般專用. 7. 複合使用. 9. 有餐飲設施. 20. 無餐飲設施. 10. 都市商務旅館. 15. 一般複合型旅館. 20. 中大型休閒旅館. 25. 地方診所、療養院. 15. 綜合醫院. 21. 教學大型醫院行政及教學大樓. 24. 百貨商場類. 旅館類. 醫院類. 學校建築宿舍類. 其他. Wt＝Wf×Af 其中，Af為停車場、機械室、倉庫及梯廳、電梯、樓梯等服務空間除外之總樓地板面積（m2）. 10 比照其他類. ----. 10. ----. ----. Wt＝250 公升/（人‧日）×4.0（人 /戶）×Nf，其中，Nf：住宅總戶數（戶），亦即統一以每戶四人計算用水量。. ----. ----. 根據建築實際用水量需求計算之。. 住宅類. 其他類*3. 雨水貯集利用之性能評估. 註 1.辦公類建築物中有咖啡廳、廚房或容許範圍之其他使用時則屬複合使用類型。註 2.單位面積用水量 Wf 主要參考日本空氣調和、衛生工學便覽第 12 版（1995.03），以及工研院節水服務團之部分調查資料（2002.02）補充修正而成。. 39.

(51) 建築基地保水貯集技術設計規範與法制化之研究. 子計畫二：雨水貯集利用理論模擬解析. 表 3-1.2. 台灣各測站平均日降雨量、日降雨概率及貯水倍數表 (1991-2000 年). 建築基地所在地日平均雨量(mm/. 台北 6.59. 基隆 10.16. 花蓮 5.86. 宜蘭 7.84. 澎湖 2.42. 台南 4.67. 高雄 5.06. 日降雨概率(-). 0.463. 0.534. 0.400. 0.541. 0.235. 0.233. 0.251. 儲水倍數 Ns. 6.48. 5.62. 7.49. 5.55. 12.78. 12.87. 11.94. 建築基地所在地日平均雨量(mm/. 嘉義 4.68. 台中 4.45. 阿里山 9.83. 新竹 4.37. 恆春 5.53. 日月潭 6.15. 台東 4.95. 日降雨概率(-). 0.273. 0.312. 0.440. 0.315. 0.296. 0.427. 0.330. 儲水倍數 Ns. 10.97. 9.63. 6.82. 9.53. 10.12. 7.02. 9.10. 資料來源：綠建築評估指標(2003). 第二節. 各類型建築用水量探討與基準樣本. 在雨水利用系統設計中，用水量的多寡為重要的設計條件之一，不同的建築類型有不同的用水型態及使用量，而建築物類型眾多，依據內政部營建署出版之「營建統計年報」，將建築物按用途別分為住宅、商店（店鋪住宅）、工廠、辦公室、旅館、倉庫、學校、醫院、遊樂場、農舍及其他等，因各自用途、特性不同，其用水量會有所差異。本研究將以建築物型態來分類，針對住宅、商業建築、學校等三類型為分析對象，取其中具代表性之樣本為程式模擬樣本，以了解目前雨水貯集利用系統實際運作機制。 1.住宅建築之用水量與基準樣本台灣地區目前每人每日一般家庭用水量，依據經濟部水資源局的統計資料顯示約為 200～300 公升（平均值約為 250 公升）。一般家庭生活用水會因用水習慣與使用狀況不同，用水量也會有不同。另外，亦會因生活水準的差異，用水分配的比例也會有很大的差異。若依用途來分如表 3-2.1 所示，每. 40.

(52) 第三章. 雨水貯集利用之性能評估. 人每日在沖洗廁所的用水量約 60 公升（40％）、沐浴用水量約 50 公升（20 ％）、廚房用水量約 40 公升（16％）、洗衣機（洗滌）用水量約 60 公升（24 ％）、洗臉用水量約 20 公升（8％）、清潔用水量約 10 公升（4％）、其他雜用水量約為 10 公升（4％）。. 表 3-2.1 用途. 台灣住宅建築每人每日用水量推估值(公升/人‧日) 再生水不可取代部分 68％. 再生水可取代部分 32％. 水量. 沐浴. 洗滌. 洗手洗臉. 廚房. 廁所. 清掃. 其他. 合計. 日平均. 50. 60. 20. 40. 60. 10. 10. 250. 百分比. 20%. 24%. 8%. 16%. 24%. 4%. 4%. 100%. 一般家庭用水中是以廁所沖洗、沐浴及洗衣等三類用水最多，約佔總用水量之 60％以上，獨棟住宅每人每日用水量為 200~400 公升，國宅公寓為 200~350 公升，單身宿舍為 400~600 公升。或以每人每日 250 公升計算，而一般住宅以每戶四人計算。另外，國內用水量估算部份，台北市自來水事業處之「用水設備設計、施工、檢驗作業規範」，其用水量計算依下列三原則： (1)每人每日以 250 公升計算。 (2)一般住宅以每戶四人計算，小套房以每戶二人計算。 (3)非住宅部份以衛生器具每日平均冷水使用量計算。而為避免用水量突然增高就缺水，上述方法推算之用水量乘以下列安全係數（F）做為設計水量： 3. (1)每人每日用水量在 10 m 以下者，F=1.5。 3. (2)每人每日用水量在 10~20 m 以下者，F=1.4。 3. (3)每人每日用水量在 20 m 以上者，F=1.3。以住宅建築型態而言，建築物導入雨水利用系統時，用水標的通常為沖洗廁所，佔家庭用水量的 24%，收集之雨水以不觸碰人體為主，並由上述每. 41.

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