由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合

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(1)國立高雄大學都市發展與建築研究所碩士論文. 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合 The Architectural Design Integration of Solar Pool from the Perspective of Building Commissioning. 研究生：張淑芳指導教授：劉安平. 撰博士. 中華民國九十八年十二月.

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(4) 中文摘要. 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合指導教授：劉安平博士國立高雄大學都市發展與建築研究所. 研究生：張淑芳國立高雄大學都市發展與建築研究所. 摘要溫水游泳池屬於一種大量耗能設施，其耗能程度決定於游泳池的規模、池水需求溫度、加熱設備與其使用之能源、附屬設備的性能或效能、維護以及相關的節能與熱損失防止的措施。經由效率提昇的設計整合方法，能夠減少游泳池使用的操作維護成本、降低池水使用量、節省電力或燃料成本。本研究是從瞭解目前在台灣地區採用太陽能熱水系統之溫水游泳池的使用現況、設備系統及其維護問題，並針對游泳池採用太陽能或與其他能源組合做為熱源的熱水系統設計，由適用性驗證觀點探討從規劃、設計、施工、驗收到交付使用階段的整個過程，特別是在建築、熱水供應系統與結構之間的設計整合，提供在設計階段務實可行的設計檢核表，做為在規劃及設計太陽能溫水游泳池時的參考。綜合上述，本研究歸納之成果如下： ˙ 調查太陽能溫水游泳池的系統規劃與使用現況 ˙ 瞭解太陽能溫水游泳池的使用問題與維護現況 ˙ 分析太陽能溫水游泳池的設備系統與經營管理問題 ˙ 提出太陽能溫水游泳池設計的檢視項目 ˙ 提供太陽能溫水游泳池加熱系統配置設計參考方案 ˙ 建立太陽能溫水游泳池的整合設計檢核表. 關鍵字：太陽能熱水系統、適用性驗證、溫水游泳池、再生能源、能源績效管理. 摘要-1.

(5) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 摘要-2.

(6) 英文摘要. The Architectural Design Integration of Solar Pool from the Perspective of Building Commissioning Advisor: Dr. An-ping Liu Graduate Institute of Urban Development and Architecture National University of Kaohsiung Student: Shu-Fang Chang Graduate Institute of Urban Development and Architecture National University of Kaohsiung ABSTRACT The solar pool is a construction that consumes enormous energy. And how much the energy consumes depends primarily on its size, temperature, heating equipment, efficiency of the appurtenance equipment, maintenance, and any preventive equipment to avoid the energy loss. The methods that improve the energy efficiency will reduce the cost of pool’s maintenance, water use, and energy such as electricity and fuels. This study aims at understanding the status quo of the use of the solar pools in Taiwan, the equipment system and problems of maintenance. Based on the building commissioning, this study attempts to discuss 1) the design of heating system with the solar swimming pools and with other energy and 2) the whole procedures from planning and design to delivery, through implementation and checking. integration—particularly. on. its. architectures,. heating. The design. supply system. and. its. structure—provides pragmatic check list in the design period and hopefully, it will proffer a significant reference for those who are planning and designing the solar pools. The results of the study can be concluded as follows: 1. To investigate the systematic planning and usages of the solar pools. 2. To analyze the equipment system and the problems of management for the solar pools. 3. To propose the checklist of the solar pool’s design. 4. To provide a design reference for the heating system of the solar pools. 5. To establish the integral checklist for the solar pools.. Keywords: Solar Heating System, Commissioning, Solar Pool, Renewable Energy, Energy Efficiency Management. ABSTRACT. -1.

(7) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. ABSTRACT. -2.

(8) 謝誌. 謝. 誌. 此篇論文的完成，象徵著求學生涯的另一里程碑。回首來時，若無師長的教誨、親人的支持、同學的鼓勵，以及朋友的協助，自己勢將難以順利獲得碩士學位。. 本論文能順利完成，承蒙. 恩師劉安平教授的諄諄教誨，悉心指導。在研究所. 期間總給予學生最多的包容與體諒。其在專業領域上精益求精以及論文寫作上一絲不苟的認真態度，令學生受益良多。師恩浩瀚，銘感至深非數語能道盡。口試期間，承蒙賴啟銘教授及柯佑沛教授之逐字斧正，並提供許多寶貴意見，使本論文得以呈現更完整的內容，在此深致謝忱。各設備供應廠商及參訪單位居中協助的人員，他們與我素未謀面，卻願意接受冗長之訪問，並提供許多實務上的經驗，這些意見均非常寶貴，在此致上無限謝忱。. 感謝. 所上師長的悉心教誨，讓學生能在專業知識及經驗上獲得更多的提升。. 感謝. 杏珍在行政事務上的協助及精神上的支持，妳在所上的辛勞我們都記住。. 感謝. 研究所同窗們的關心與打氣，因為你們使我的研究所生活變得更精彩。. 感謝. 研究室的學弟榮宗、力元及學妹妍呈，在論文寫作期間給予我鼓勵與協助。. 論文的寫作，常使身心疲憊，感謝家人在此期間之體諒與包容，陪我度過精神上的煎熬。父母親在生活起居之照顧，以及家兄嫂、晉東、昇平之支持與鼓勵，是我在論文寫作過程中最重要的精神後盾。. 最後，謹以本文獻給我最敬愛的雙親！淑芳謹誌於 2009 年 12 月謝誌-1.

(9) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 謝誌-2.

(10) 目錄. 目錄. 中文摘要 ……………………………………………………. 摘要-1. 英文摘要 ……………………………………………………. ABSTRACT-1. 謝誌 …………………………………………………………. 謝誌-1. 目錄 …………………………………………………………. 目錄-1. 表目錄 ………………………………………………………. 表目錄-1. 圖目錄 ………………………………………………………. 圖目錄-1. 第一章緒論 ………………………………………………. 1-1. 1.1. 研究動機與目的 …………………………………………. 1-1. 1.1.1. 研究動機 …………………………………………………. 1-1. 1.1.2. 研究目的 …………………………………………………. 1-4. 1.2. 研究範圍與內容 …………………………………………. 1-6. 1.2.1. 研究範圍 …………………………………………………. 1-6. 1.2.2. 研究內容 …………………………………………………. 1-7. 1.3. 研究方法與流程 …………………………………………. 1-7. 1.3.1. 研究方法 …………………………………………………. 1-7. 1.3.2. 研究流程 …………………………………………………. 1-8. 第二章文獻回顧 …………………………………………. 2-1. 2.1. 太陽熱能（solar thermal energy）利用 ………………… 2-1. 2.2. 溫水游泳池節能策略 ……………………………………. 2-6. 目錄-1.

(11) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 2.2.1. 溫水游泳池節能發展趨勢 ………………………………. 2-6. 2.2.2. 溫水游泳池節能規劃 ……………………………………. 2-8. 2.3. 建築物適用性驗證發展趨勢 ……………………………. 2.3.1. 建築物適用性驗證 ………………………………………. 2-16. 2.3.2. 適用性驗證與永續建築 …………………………………. 2-27. 2.3.3. 適用性驗證與再生能源系統管理 ………………………. 2-30. 第三章太陽能溫水游泳池調查分析 …………………… 3.1. 案例游泳池與其系統加熱問題 …………………………. 3-1 3-1. 3.1.1. 加熱系統與相關設備調查 ………………………………. 3-3. 3.1.2. 案例游泳池加熱設備常見問題 …………………………. 3-8. 3.1.3. 太陽能游泳池加熱系統常見問題 ………………………. 3-11. 案例游泳池維護現況問題 ………………………………. 3-19. 3.2. 3.2.1. 案例維護現況調查 ………………………………………. 3-20. 3.2.2. 案例維護現況問題分析 …………………………………. 3-26. 小結 …………………………………………………………. 3-34. 3.3. 第四章太陽能溫水游泳池設計整合 …………………… 4.1. 太陽能溫水游泳池設計整合概述 ………………………. 4-1 4-1. 4.1.1. 設計整合基本原則 ………………………………………. 4-1. 4.1.2. 設計整合審查項目 ………………………………………. 4-3. 4.2. 建築設計整合 ……………………………………………. 4-5. 4.3. 加熱系統設計整合 ………………………………………. 4-15. 4.3.1. 加熱系統方案設計 ………………………………………. 4-15. 4.3.2. 加熱系統細部設計 ………………………………………. 4-40. 建築結構設計整合 ………………………………………. 4-53. 4.4. 目錄-2. 2-15.

(12) 目錄. 4.5. 設計整合檢核表 …………………………………………. 第五章結論與建議 ………………………………………. 4-55 5-1. 5.1. 結論 ………………………………………………………. 5-1. 5.2. 建議 ………………………………………………………. 5-6. 參考文獻 ……………………………………………………. 文獻-1. 附錄一案例調查基本資料 ………………………………. 附 1-1. 附錄二案例系統問題改善建議 …………………………. 附 2-1. 目錄-3.

(13) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 目錄-4.

(14) 表目錄. 表目錄. 表 3.1.1. 案例游泳池基本資料調查表 …………………………………………. 3-2. 表 3.1.2. 加熱能源組合類型及數量調查表 ……………………………………. 3-3. 表 3.1.3. 游泳池位置及集熱器設置調查表 ……………………………………. 3-4. 表 3.1.4. 集熱器類型及安裝調查表 ……………………………………………. 3-5. 表 3.1.5. 系統運行方式及輔助加熱設備調查表 ………………………………. 3-6. 表3.1.6. 給水來源及管路配置調查表 …………………………………………. 3-7. 表 3.1.7. 調查案例太陽能加熱系統設計缺點統計表 …………………………. 3-12. 表 3.2.1. 集熱器與建築外觀配合程度調查表 …………………………………. 3-21. 表 3.2.2. 集熱系統外觀與設備劣化調查表 ……………………………………. 3-22. 表 3.2.3. 維護習慣與維護設施項目調查表 ……………………………………. 3-23. 表 3.2.4. 整體滿意項目調查表 …………………………………………………. 3-24. 表 3.2.5. 整體不滿意項目調查表 ………………………………………………. 3-25. 表 4.2.1. 方位偏離角度與集熱板面積增加百分比之關係 ……………………. 4-10. 表 4.2.2. 高雄市（北緯 23°）正南向集熱器不受遮蔽間距計算值 …………… 4-12. 表 4.3.2. 各類型游泳池的補充水量 ……………………………………………. 4-18. 表 4.3.3. 各類泳池環境溫度標準參考 …………………………………………. 4-18. 表 4.3.4. 游泳池使用之各種加熱器由傳統燃料熱量換算的燃料費用 ………. 4-38. 表 4.5.1. 建築設計整合檢核表 …………………………………………………. 4-56. 表 4.5.2. 加熱系統設計整合檢核表 ……………………………………………. 4-59. 表 4.5.3. 建築結構設計整合檢核表 ……………………………………………. 4-61. 表目錄-1.

(15) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 表目錄-2.

(16) 圖目錄. 圖目錄. 圖 1.3.1. 研究流程 ……………………………………………………………. 1-9. 圖 2.2.1. 室內換氣計算流程 …………………………………………………. 2-11. 圖3.2.1. 安裝於金屬斜屋頂的平板式集熱器 …………………………………. 3-27. 圖 3.2.2. 安裝於金屬弧形屋頂的 EPDM 集熱器 ……………………………. 3-27. 圖 3.2.3. 安裝於 RC 平屋頂的 EPDM 集熱器 ………………………………… 3-27. 圖 3.2.4. 集熱器被遮蔽情形 …………………………………………………. 3-28. 圖 3.2.5. 集熱器被機房遮蔽 …………………………………………………. 3-28. 圖 3.2.6. 集熱器排距太近 ……………………………………………………. 3-28. 圖 3.2.7. 集熱器上積塵情形 …………………………………………………. 3-29. 圖3.2.8. 集熱器上有鳥糞 ………………………………………………………. 3-29. 圖3.2.9. 集熱器內積水情形 ……………………………………………………. 3-29. 圖3.2.10. 集熱板管白垢劣化 …………………………………………………. 3-29. 圖3.2.11. 集熱器金屬框生銹 …………………………………………………. 3-29. 圖3.2.12. 集熱器管線漏水 ……………………………………………………. 3-29. 圖3.2.13. 儲熱水箱漏水情形 …………………………………………………. 3-30. 圖3.2.14. 儲熱水箱生銹情形 …………………………………………………. 3-30. 圖3.2.15. 儲熱水箱劣化情形 …………………………………………………. 3-30. 圖3.2.16. 管線保溫層劣化 ……………………………………………………. 3-31. 圖3.2.17. 管線接頭漏水情形 …………………………………………………. 3-31. 圖3.2.18. 管路之金屬保護層 …………………………………………………. 3-31. 圖3.2.19. 通往屋頂集熱器之戶外爬梯 ………………………………………. 3-32. 圖3.2.20. 金屬弧形屋頂並無設置維護安全措施 ……………………………. 3-32. 圖目錄-1.

(17) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 圖目錄-2. 圖3.2.21. 金屬弧形屋頂並無設置維護安全措施 ……………………………. 3-32. 圖4.1.1. 游泳池建造的五階段 …………………………………………………. 4-3. 圖4.1.2. 太陽能溫水游泳池設計整合審查項目 ………………………………. 4-4. 圖4.2.1. 集熱器安裝的方位 ……………………………………………………. 4-10. 圖4.3.1. 太陽能溫水游泳池加熱系統方案設計項目 …………………………. 4-17. 圖 4.3.2. 強制循環式太陽能熱水系統示意圖 ………………………………. 4-20. 圖 4.3.3. 直接式強制循環系統/開放式循環迴路系統 ………………………. 4-21. 圖 4.3.4. 間接式強制循環系統/封閉式循環迴路系統 ………………………. 4-21. 圖 4.3.5. 低壓降強制循環集熱系統 …………………………………………. 4-22. 圖 4.3.6. 高壓降強制循環集熱系統 …………………………………………. 4-23. 圖 4.3.7. 游泳池太陽能加熱系統示意圖 ……………………………………. 4-24. 圖 4.3.8. 游泳池熱泵加熱系統示意圖 ………………………………………. 4-25. 圖 4.3.9. 游泳池天然氣加熱系統示意圖 ……………………………………. 4-26. 圖 4.3.10. 游泳池液態天然氣加熱系統示意圖 ………………………………. 4-27. 圖 4.3.11. 游泳池燃油加熱系統示意圖 ………………………………………. 4-28. 圖 4.3.12. 游泳池電加熱系統示意圖 …………………………………………. 4-29. 圖 4.3.13. 游泳池熱泵搭配天然氣加熱系統示意圖 …………………………. 4-30. 圖 4.3.14. 游泳池熱泵搭配燃油加熱系統示意圖 ……………………………. 4-31. 圖 4.3.15. 游泳池太陽熱能搭配熱泵加熱系統示意圖 ………………………. 4-32. 圖 4.3.16. 游泳池太陽能搭配天然氣加熱系統示意圖 ………………………. 4-33. 圖 4.3.17. 游泳池太陽能搭配燃油加熱系統示意圖 …………………………. 4-34. 圖 4.3.18. 游泳池太陽能搭配電加熱系統示意圖 ……………………………. 4-35. 圖 4.3.19. 游泳池太陽能搭配熱泵與天然氣加熱系統示意圖 ………………. 4-36. 圖 4.3.20. 游泳池太陽能搭配熱泵與燃油加熱系統示意圖 …………………. 4-37.

(18) 圖目錄. 圖 4.3.21. 太陽能溫水游泳池加熱系統細部設計項目 ………………………. 4-40. 圖 4.3.22. 池水加熱系統建構流程 ……………………………………………. 4-42. 太陽能溫水游泳池設計整合之組織架構 ……………………………. 4-55. 圖4.5.1. 圖目錄-3.

(19) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 圖目錄-4.

(20) 第一章. 緒論. 第一章緒論. 1.1 研究動機與目的 1.1.1. 研究動機. 2010 年 1 月 22 日教育部在全國教育局長會議上宣布，為培養學生游泳能力，預計以每年 10 億預算，推動長達 12 年的「泳起來專案」，目標為設立 300 座泳池，總經費高達 120 億。計劃分為 3 期，第 1 期為期 4 年，經費 39 億，要在全國高中職以下學校興建 50 座泳池，每座 4500 萬元；另外還要改建 50 座冷水池為溫水池，每座 1500 萬元，其餘費用則用於游泳教學或相關補助上。多數縣市教育局處雖支持此政策，但都認為游泳池的燃料、水電、清潔及維護費用，一年需要 240 萬以上，地方政府恐怕無力負擔。相當多的評論也對這些問題以及政策可行性提出質疑。. 溫水游泳池屬耗能量較大的建築設施，特別是規模大的溫水游泳池，其耗能量可能超過一般的醫院設施。依據 1996 年美國科羅拉多州節能辦公室的研究，溫水游泳池的年能源成本，約 1/3 是被用於加溫與維持池水潔淨。換言之，游泳池每年都需要以大量經費來購買加熱、循環和過濾池水的能源，特別是池水加熱部分。但在池水加熱部分的能源很多都被浪費，這些被浪費的能源可以從選擇適當的設備或管理方法而被節約。其次，從永續的觀點，若在規劃設計階段，就考慮使用可行的再生能源方法或系統，或提出具體的能與再生能源應用結合的節能設計策略，池水加溫費用就有可能不至於成為游泳池營運的沉重負擔，不但能有較高的使用效益，亦能達成節能減碳環境永續的目標。. 1-1.

(21) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 為降低游泳池的能源浪費，國外已有許多能源效率的改善措施、設備或能源管理系統被提出與實施。經由上述的能源效率措施，通常都能減少游泳池的操作與維護成本，包括降低池水使用量、節約池水加溫所需熱能，也就是降低電力或燃料成本。一些常用的方法包含使用水面覆蓋物、裝設防風物、採用適宜的通風方法、選用高效能加熱設備，以及裝設能源效率的幫浦與馬達，也包括高性能的照明器具、熱泵、池水過濾與殺菌設備，太陽光電或太陽能熱水之類的再生能源系統。. 溫水游泳池的耗能程度是取決於游泳池的規模、池水需求溫度、加熱設備與其使用之能源、附屬設備的性能或效能、維護模式以及相關的節能與熱損失防止措施。英、美、加拿大、澳洲等國都很重視游泳池的節能。為降低溫水游泳池的耗能量，太陽能熱水系統在國外已被廣泛應用於室內或室外溫水游泳池的池水加熱部分。工研院能資所在 1980 年代曾受政府委託從事游泳池的太陽能池水加熱系統推廣工作，但迄今在台灣採用太陽能加熱設備的室內或室外游泳池還是非常少，無法像在英、美、澳洲等國家一樣的被廣泛應用。. 如前所述，高額的能源成本對室內溫水游泳池的營運管理永遠都是一項沉重負擔。例如，高雄大學的室內溫水游泳池，在 2003 年 10 月正式啟用之後，是以燃燒柴油來加熱池水，依據在當時校方的統計，每月燃料費用約 20 萬元。如此龐大的能源成本，導致游泳池發生長期維持溫水供應的困難。此游泳池目前已不提供池水加溫功能，實質上是一座室內冷水游泳池。不論是一般學校游泳池、公立游泳池、私營游泳池、社區游泳池、大廈附設游泳池，「如何降低游泳池的加熱能源成本」已成為游泳池經營績效改善的最基本考量之一。. 如何讓溫水游泳池的能源成本降低？採用太陽能熱水系統似乎已被認為是最佳的解決方法。但在台灣，真正的太陽能溫水游泳池卻非常少。為什麼會形成這樣的 1-2.

(22) 第一章. 緒論. 普遍情況？的確是一項值得深入檢討的議題。本質上，溫水游泳池設施的最佳化管理是要獲得最大的節省與最少的浪費。節省是指以比較有效率和符合成本效益的方式來使用能源和資源，但不犧牲人們應有的基本舒適和環境安全感。其次，溫水游泳池會因燃料成本的上漲而產生日益增加的財務壓力，自然必須重視在經營或管理過程中能源與資源浪費的問題。若由全建築物的觀點，最佳化管理的設計問題包含外觀美學、空間配置、系統類別與其適用性、設備更新的成本、用水效率設計、能源效率設備與系統的最佳化組合、管理監控模式等，甚至也包含全面設計品質管理與驗收使用的課題。這些設計問題涵蓋業主或需求規劃者、建築師與專業技師以及維護管理工程人員可能必須瞭解或具備的知識。針對在不同階段的設計決策參與人員，提供適切的太陽能溫水游泳池設計整合資訊是必須的，如此才能避免產生室內溫水游泳池的巨額能源成本問題或陷入能源績效無法改善的困境。. 隨著建築物設備環境系統的日益複雜化，為確保建築設備系統驗收的品質能符合初始設計的要求水準，建築物適用性驗證制度已受到英美等國永續建築或高績效建築物評估制度的重視。例如，美國綠建築協會（USGBC）的綠建築評估與分級認證系統「能源和環境設計先導」（Leadership in Energy and Environmental Design, LEED），為確保綠建築之能源系統設計品質，特別將適用性驗證（commissioning）納入成為必備要求。此外，在探討全建築物設計（whole building design）時，一種有關建築物能源效率的系統整合設計，也將建築物適用性驗證（ building commissioning）納入，做為一種確認建築物能達成持續節能的重要策略手段。這種建築物適用性驗證，本質上，就是一種綠建築品質保證的設計與實施過程，特別是對建築環境永續經營部分。. 建築物適用性驗證是一種以生命週期管理的觀點，將建築設施品質管理的要素結合在一起的系統化過程。適用於新建築物在規劃設計、施工、驗收與保固階段的 1-3.

(23) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 品質管理，也適用於既有建築物在修繕更新時的品質保證，或建築系統與設備在維護管理或汰換更新時的工程品質確保。這種對建築設備的功能查驗評估制度能夠讓業主、專案經理或設施管理人瞭解原訂之設計準則被符合情況、系統的協調與合作程度，或確信建築物的照明、冷暖空調與通風、以及其他的機電系統與設備或其控制裝置，均能符合設計原意而被施工或安裝，或被有效的整合，一起發揮作用。其重要性在於能確保整體建築物的系統績效、能源效率、健康的室內環境品質，以及低的操作與維護成本。太陽能熱水系統或其他與建築物結合的再生能源系統也適用建築物適用性驗證的設計品管原則及相關措施。. 基於上述，本研究的動機是要瞭解目前在台灣地區採用太陽能熱水系統之溫水游泳池的使用現況、設備系統及其維護問題，並針對游泳池採用太陽能或與其他能源組合做為熱源的熱水系統設計，由適用性驗證觀點探討從規劃、設計、施工、驗收到交付使用階段的整個過程，特別是在建築、熱水供應系統與結構之間的設計整合，提供在設計階段務實可行的設計檢核表，做為在規劃及設計太陽能溫水游泳池時的參考。. 1.1.2. 研究目的. 游泳池的規劃設計，一般是將太陽能熱水系統視為後置工程項目，因而在太陽能加熱系統設計過程中缺少建築師的參與，結構安全核算也只是系統本身相關設備的構件堅固安裝而已。此時，由太陽能熱水設備供應廠商進行的安裝設計，通常只關注於產品價格降低，而忽視其他問題，例如出水溫度、給水來源、水質處理、熱水循環迴路、儲熱水箱容量、輔助加熱設備類型、管線保溫及保護、維護計劃等的適宜性與否。 1-4.

(24) 第一章. 緒論. 本研究已針對國內太陽能溫水游泳池目前的使用現況進行調查，並對發現的各項使用及維護問題加以分析，基於建築物適用性驗證的設計品質管理觀點，彙整並提出太陽能溫水游泳池的整合性設計檢核表。其次，由本文提供之太陽能熱水系統資訊與調查案例的建議事項對游泳池經營者或設計單位而言，可做為其在未來規劃太陽能溫水游泳池的設計或對既有設施進行績效改善及能源效率提昇時的計劃擬定參考。基於上述，本研究之目的如下：一、調查太陽能溫水游泳池的系統規劃與使用現況本文有關於國內太陽能溫水游泳池的使用狀況調查，是依據被調查對象的不同建立其使用與管理的基本資料，包括加熱系統相關設備、維護現況、整體滿意及不滿意項目等。. 二、瞭解太陽能溫水游泳池的使用問題與維護現況太陽能熱水器因其利用太陽照射的特性，須長期直接曝置於室外，若無適當定期維護，設備劣化會導致集熱效能下降，影響設備壽命及增加輔助加熱設備的能源耗用。. 三、分析太陽能溫水游泳池的設備系統與經營管理問題太陽能熱水游泳池的設置是為了要更有效率的利用太陽能並達成保護環境的目標。不合理的系統設計、不正確的設備安裝、不適當的經營管理，以及缺乏專業的系統功能查核，都將導致游泳池的使用管理不良，耗用更多能源，讓經營成本增加，甚至可能縮短設備的使用年限。. 四、提出太陽能溫水游泳池設計的檢視項目設計檢視項目可用來檢討可能發生在游泳池生命週期內各階段的主要問題，確 1-5.

(25) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 保太陽能熱水系統在游泳池的生命週期內能夠高效率、安全可靠地運轉。. 五、提供太陽能溫水游泳池加熱系統配置設計的參考方案依據游泳池的熱水設計條件、環境位置、使用時間要求、出水位置以及輔助熱源類別，提供合理的太陽能加熱系統設備組合配置圖。. 六、建立太陽能溫水游泳池的整合設計檢核表針對以太陽能或其與其他能源組合做為熱源的溫水游泳池系統，提出在設計階段將建築、加熱系統與結構設計整合的設計檢核表，做為管理者或設計單位進行太陽能溫水游泳池規劃設計的參考。. 1.2 研究範圍與內容 1.2.1. 研究案例範圍. 本研究的太陽能加熱系統溫水游泳池原則上可涵蓋一般的學校游泳池、公立游泳池、私營游泳池、社區游泳池、大廈附設游泳池等。但在案例篩選時，考量受訪單位資訊不願公開的原因，實際的調查案例是以學校及公營或私營的游泳池為主。. 案例分佈地區的決定是根據相關文獻及各安裝廠商所提供的資料，篩選出位於北部地區的 4 座，中部地區 9 座，南部地區 10 座，共 23 座的太陽能溫水游泳池案例。其中，屬於學校自行使用者 15 座，由學校或機關委外經營者 5 座，屬於私人經營管理者 3 座。. 1-6.

(26) 第一章. 1.2.2. 緒論. 研究內容. 在太陽能溫水游泳池規劃過程中，建築設計人員經常出現的問題是：游泳池設計如何結合太陽能熱水系統的使用？也就是，太陽能加熱系統溫水游泳池設計應從何著手?事實上，這不僅是建築設計人員的困惑，也已成為太陽能溫水游泳池推廣的障礙。因此，對於游泳池的太陽能熱水系統而言，太陽能熱水系統與建築的結合不只是太陽能加熱系統的技術和工程要求而已，更重要的是游泳池與其太陽能熱水系統的設計應如何整合相關的專業及其效能管理機制要求。綜言之，本研究的內容包括：一、目前的太陽能溫水游泳池案例調查，內容涵蓋基本資料、加熱系統與相關設備、維護現況、整體滿意及不滿意的項目。二、加熱設備類別與其常見問題的調查，例如太陽能加熱或輔助熱源加熱的方式及相關設備空間的可用性等。也包括加熱系統設備及熱水循環系統的維護管理相關問題。三、在規劃設計階段實施設計整合的審查項目，以及檢討及提出加熱系統設計的參考方案。四、以建築物適用性驗證為基礎，探討可行的建築、加熱系統與結構設計整合的檢核表內容。. 1.3 研究方法與流程 1.3.1. 研究方法. 本研究採用的方法包含文獻研究與訪談調查二種方法。分別說明如下：. 1-7.

(27) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 一、文獻研究法文獻資料的回顧包含對國內與國外的相關資料的探討，例如太陽熱能的利用、太陽能加熱系統設計理論、游泳池設計規範、溫水游泳池節能策略、FSEC 游泳池加熱規劃程序、能源智慧游泳池計劃（ESP）、建築物適用性驗證、永續建築與再生能源資料的蒐集等。藉由文獻資料的綜合分析，瞭解各種與研究目的相關的問題並歸納出本研究的重點，做為擬訂研究計劃綱要的基礎，同時也有助於提出後續案例的調查項目，對象選擇以及案例分析的相關內容。. 二、訪談調查法主要是為了篩選出台灣地區目前使用太陽能熱水系統的游泳池水並對加熱設備的使用管理進行調查。在參訪對象選定之後，實質的工作重點是案例的實地調查及結果分析。由於各受訪調查的太陽能溫水游泳池本身都有不同的系統設計與使用管理要求，對個案結果的分析主要是以其加熱系統所產生的設計問題為主。經由綜合各案例調查的結果，提出太陽能溫水游泳池的設計檢視項目，並提供合理的太陽能加熱系統設備組合配置圖。. 1.3.2. 研究流程. 本研究流程，如圖 1.3.1 所示。. 1-8.

(28) 第一章. 研究主題確立. 研究動機. 研究方向確立. 研究範圍. 文獻資料研究. 泳池現況調查. 緒論. 研究目的. 研究內容. 文獻回顧. 太陽熱能利用發展趨勢. 溫水游泳池節能發展趨勢. 建築物適用性驗證發展趨勢. 太陽能溫水游泳池使用現況調查. 案例資本資料彙整與分析. 案例現況問題彙整與分析. 案例維護現況彙整與分析. 太陽能溫水游泳池設計整合設計整合研究. 結論與建議. 建築設計. 加熱系統設計. 建築結構設計. 設計整合檢核表. 結論與建議. 圖 1.3.1 研究流程. 1-9.

(29) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 1-10.

(30) 第二章. 文獻回顧. 第二章文獻回顧. 2.1 太陽熱能（solar thermal energy）利用. 太陽是大部分再生能產生的初始來源。太陽熱能利用方式基本上可分為低溫與高溫二種。低溫的太陽能加熱作用主要是利用玻璃的特性，也就是能阻擋長波長的紅外線穿透玻璃的能力。高溫的太陽熱能收集系統則是利用平面玻璃或凹縮拋物鏡面金屬反射板的聚光特性，此二系統具有不同的外觀。傳統燃料在建築物的使用通常是為了提供低溫加熱作用，例如溫水與空間暖房，特別是在溫帶與寒帶的國家。系統較簡單的低溫太陽熱能系統符合這種低溫加熱的應用，目前已經常被用來替代傳統燃料的使用。太陽能的低溫應用包括： ˙ 區域暖房 ˙ 小規模的熱電共生（CHP）發電系統 ˙ 熱泵加熱系統 ˙ 太陽能空調系統（暖房或冷房） ˙ 太陽能淨水系統 ˙ 小型太陽能海水淡化設備 ˙ 太陽能溫水游泳池這些應用都具有全年可被使用的優點。游泳池雖然不會消耗大量的國家能源，但其個別耗用的能源也是相當多。例如在北歐，一座大型的室內溫水游泳池，每 1m2 的池水面積每天可能耗用 1kW 的能源。因此，溫水游泳池的節能是低溫太陽能應用的基本對象之一。. 2-1.

(31) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 一、太陽能暖房人類利用太陽取暖或提供住宅熱水或暖氣已有數世紀的歷史。例如早期的美國印地安人直接在南向的岩窟中建構住屋，利用大塊岩石及日曬磚牆面在冬季吸收熱量，同時也遮擋寒風與雪。岩窟的上緣凸出部分在夏季能阻擋較高位置的太陽光，因此能遮蔽陽光，並保持住宅涼爽。這種善用太陽熱能特性的岩窟建築設計，屬於採用誘導式設計的太陽能建築之一，不使用幫浦、風扇或其他的動力機械裝置。反之，主動式太陽能建築設計需要安裝額外的機械送風裝置。. 太陽能建築的基本特性是大片的南向玻璃窗，藉以收集陽光，提供住宅光與熱。若再利用室內深色的牆面或地磚來吸收並儲存太陽熱，可在夜間讓被吸收的熱再輻射回室內空間。此外，在寒冷的日子，室內地板面上的明亮陽光，也會帶給人溫暖、舒適的感覺。. 誘導式太陽能暖房，由狹義的觀點，通常是指被建築物吸收的太陽能，能被直接用來降低對居室空間加溫的需求（又稱為空間加熱）。這種誘導式太陽能暖房主要是利用空氣的自然對流循環來收集並傳遞熱量。也就是，其做為集熱裝置的外殼或地板就是建築物的一部份。由廣義的觀點，誘導式太陽能暖房屬於低能源建築設計的整合過程之一，能有效降低加熱需求至某一程度。換言之，可讓小規模建築物的太陽熱獲得在冬季時能產生最大的效益。對具有大量熱負荷需求的大規模建築而言，太陽熱能的貢獻是要讓化石燃料的消耗量減至最低限度，因而達成最少能源成本的節能目標。. 太陽能建築如何維持其內部的吸收熱，是必須被重視的問題。目前常用的方法是利用特殊的玻璃窗構造，例如複層窗、Low-E 低輻射玻璃，將再輻射的熱反射回室內。對於太陽熱獲得而言，室外植栽也是相當重要的課題，例如可利用落葉的喬 2-2.

(32) 第二章. 文獻回顧. 木，種植於南向窗前。這些落葉喬木在冬季時樹葉會掉落，讓大部分的陽光經由窗戶進入室內。但在夏季，其濃密的樹葉能阻擋大部分的陽光和熱，降低建築物的熱負荷。太陽能暖房，若與能源效率措施結合，能更進一步的發揮節能功效。能源效率措施包括節能窗設計、使用節能電器設備以及良好的隔熱材以及加裝門窗縫隙防風雨塞片。. 二、太陽能熱水系統太陽能熱水系統可以提供熱水做為沐浴與洗衣或加熱的用途。對多數人而言，太陽能熱水系統就是屋頂太陽能熱水器，並且使用簡單的平板式集熱板。這種家用的太陽能熱水系統通常可區分為二種：自然的熱虹吸循環方式和強制的泵驅動循環方式。無論何種循環方式的太陽能熱水系統都具備二種主要構件：太陽能集熱板以及儲熱水箱。集熱板讓水加熱，儲熱水箱用來儲存被加熱的水。留在儲熱水箱內的熱水，直到其被使用時，都應該能保持相當高的水溫。. （一）自然循環的熱虹吸太陽能熱水器在無寒冷凍結顧慮的氣候區，可在室外直接裝設熱虹吸式太陽能熱水系統。這種系統的設計沒有循環泵，依賴冷水與熱水的自然對流。水在集熱板內因加熱而上升，流至儲熱水箱。儲熱水箱必須裝設在集熱板的上方。為確保熱水的供應不缺，目前常見的方式是在儲熱水箱內裝設沉水式電加熱器，特別是在雨季或曇天的情況。. （二）強制循環的泵驅動式太陽能熱水器強制循環的太陽能熱水系統，其集熱板是安裝在建築物的屋頂上，但儲熱水箱可放置在建築物內任何的位置。系統的構造包含三項元件：. 2-3.

(33) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 1. 集熱板集熱板是由玻璃蓋板、吸熱板、隔熱材料所組成。傾斜並面對太陽。常見的吸熱板是以平坦不銹鋼板結合銅管而成。水經由銅管而循環流動。在平坦鋼板的表面塗佈特殊的深色的光譜選擇性油漆，可增加對太陽熱能的吸收。玻璃蓋板通常採用單層的低鐵透明玻璃或透明塑膠板。在整個組合體的背面安裝隔熱材以便減少熱損失。 2. 儲熱水箱對住宅而言，儲熱水箱大約是 200 公升的容量，通常會加沉水式電加熱器。其箱體隔熱材料採用 50mm 厚玻璃纖維或 PU 發泡材料。 3. 泵驅動的循環管路系統循環管路系統將來自集熱板的熱水移轉至儲熱水槽。在封閉式系統，儲熱水箱的底部有熱交換器。當集熱板水溫高於儲熱水箱內水溫時，溫度感知器就會啟動循環泵。在寒冷地區，集熱板內循環水必須使用抗凍劑以防止水被凍結而造成箱體破裂。. 太陽能熱水系統在陽光照射的日子能發揮最大的功能，但在陽光無法照射時就不能完全發揮功能，例如延續數日的曇天。因而需要配合使用傳統的化石燃料來輔助加熱。一般而言，室內溫水游泳池的熱水供應需求在全年都是必要的，但空間暖房需求則是依據不同氣候區的使用需要而定。太陽熱能的適用性主要是決定於當地的氣候，例如在冬季寒冷但有陽光照射的地區。在台灣地區的冬季，台北、台中、高雄有顯著不同的氣候狀況，對太陽熱能的運用自然就會不同。. 三、太陽能熱電系統太陽熱能系統也可用來發電，這是主動式太陽能加熱系統的延伸，不同於光伏發電方式。太陽能熱電系統也稱為太陽能熱引擎，通常使用型態分佈比較複雜的集 2-4.

(34) 第二章. 文獻回顧. 熱板來產生足夠的高溫水或空氣，以便驅動渦輪機來產生電。這種技術被應用於大規模的發電廠，提供大量電力給鄰近的社區或城市。目前有三種類型的太陽能熱電系統：中央接收塔，拋物面凹槽式反射接收器，以及碟形反射接受器。. 中央接收塔系統採用大區域分佈的玻璃鏡面，將陽光反射並聚集在中央塔頂端的接收器所在位置。流經接收器的流體（融解鹽）被大量聚集的陽光加熱。這種快速流動的流體能夠加速轉動渦輪機葉片，因而能利用傳統的渦輪發電機來發電。. 拋物面凹槽式反射接收器系統是藉由長條形拋物面凹槽狀的光滑表面來聚集太陽能量。陽光被聚焦在一條沿著凹槽軸線配置且內部充滿流體的管路上。當流體變熱時會快速的流動，並且讓傳統渦輪發電機內的水沸騰並流動，以便轉動渦輪機葉片而產生電。. 碟形反射接受器系統利用鏡面的拋物面碟形物（類似於大的碟形衛星接收器）來集中太陽的熱至在碟形焦點（在碟形物的上方中央位置）的接受器。接收器吸收太陽熱並將熱傳遞至其內的流體。流體受熱膨脹並推動活塞而產生機械力。這種機械力推動渦輪機而產生電。. 由這些聚光式太陽熱電技術產生的電可提供各種不同規模的應用，其範圍可小至數瓩（kW）的偏遠住宅發電系統，大至 200MW 以上與市電銜接的應用。在美國南加州的一座 354MW 發電廠，包含九個屬於拋物面凹槽式反射接收器的發電廠，能滿足超過 350000 人的能源需求，而且是世界上最大的太陽熱能發電廠。如同來自太陽光電系統的電力，太陽能熱電系統產生的電也有間歇性不穩定的問題。為避免此不穩定問題，必須使用輔助發電系統，通常是燃氣發電。因為太陽能熱電系統是以集中太陽能量為主，因而必須位於能夠接受到大量陽光的市郊或鄉村開闊地區。. 2-5.

(35) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 2.2 溫水游泳池節能策略 2.2.1. 溫水游泳池節能發展趨勢. 溫水游泳池每年消耗大量的能源，讓經營者必須支出龐大的能源成本。以目前所知的節能技術而言，消除游泳池能量損失的原因，提升設備的能源績效，導入適當的經營管理、降低池水損失量，以及保持池水溫度都能減少游泳池的運轉維護費用，都能達成對游泳池能源績效改善的效果。. 由於 1970 年代第一次全球性能源危機的影響，美國在 1977 年 10 月成立能源部，統籌國家的能源管理、研究與發展。降低游泳池能源成本（RSPEC）是其中一項推動計劃。在當時的溫水游泳池節能計劃推動是由美國能源部的能源效率和再生能源辦公室（EERE）負責。由 EERE 負責執行的降低游泳池能源成本計劃，其要點說明如后： ˙ 讓全美國清楚知道有關於溫水游泳池的能源消耗、相關成本和對環境的衝擊。 ˙ 提升溫水游泳池的能源效率、減少由游泳池釋出的環境危害物質、降低整體操作成本，落實能讓效益增加的各種實際解決方法。 ˙ 將符合環境及能源效率的再生能源產品，藉由資訊分享和技術轉移給各級教育機構、商業和住宅的游泳池管理者，並且保證這些產品的成本回收時間是在 3 至 5 年內。. 傳統的游泳池加熱設備基本上是使用天然氣或燃油，在某些地區也可能使用電加熱器或燃煤加熱方式。相對於太陽能加熱方式，這些傳統加熱方式都會或多或少的促成溫室氣體的產生以及具有比較大的化石燃料消耗量。依據美國國家再生能源. 2-6.

(36) 第二章. 文獻回顧. 實驗室（NREL）對太陽能加熱游泳池的調查報告指出，太陽能加熱對美國游泳池而言，是一種經濟且環保的有效方法。在住宅太陽能熱水系統或溫水游泳池部份，開發低成本的聚合物或彈性物質材料來代替由銅和玻璃組合而製成的集熱板一直是溫水游泳池節能發展目標之一。目前美國游泳池所使用的集熱器大多數是由聚合物材料製造，這些材料幾年來已經顯示其具有最好的耐久性和可信度。事實上，有些系統是在 25 年前甚至是更早前安裝的，到現在還在運轉。. 利用太陽能加熱系統的游泳池規劃案起始於 1960 年代，之後其發展一直是在穩定的成長中。目前的四家主要製造商其產品佔全美國的 90%。每年的系統安裝數量大約是 25000 套，年成長率約 5%。這些系統主要是被安裝在由佛羅里達州至加州的太陽環帶內，適用於室外的和室內的溫水游泳池。特別是在美國的加州、亞利桑那州和佛羅里達州等三個州境內的溫水游泳池，有 51%使用太陽熱能來加熱池水。在非使用太陽熱能的 49%中，以使用天然氣者最多、其次為熱泵。. 在住宅太陽能熱水系統或溫水游泳池部份，開發低成本的聚合物或彈性物質材料來代替由銅和玻璃組合而製成的集熱板一直是溫水游泳池節能發展目標之一。目前美國游泳池所使用的集熱器大多數是由聚合物材料製造，這些材料幾年來已經顯示其具有最好的耐久性和可信度。事實上，有些系統是在 25 年前甚至是更早前安裝的，到現在還在運轉。根據 IEA, 2007 統計資料顯示，無面蓋 EPDM 橡膠集熱板約佔全球累計裝置量的 20%，以美國為最大市場，主要應用於溫水游泳池。其中，四分之三裝置於加州及佛羅里達。. 2-7.

(37) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 2.2.2. 溫水游泳池節能規劃. 美國能源部的研究指出，以目前的技術，確實可以達成超過 50%的能源節省量。明確的瞭解游泳池的能量損失原因，提升設備的能源績效，適當的經營管理、降低池水的損失量，以及保持池水的溫度，都能減少游泳池的運轉和維護費用，達成能源績效改善的效果。. 現有的使用傳統加熱方式的溫水游泳池，若要改善其能源績效，大致可以從現有的耗能設備的效能提升，以及降低能源費用的支出兩方面來考量，必要時可以考慮適用的再生能源設備的配合使用。溫水游泳池本身的主要能源消耗是來自於池水的熱損失。為了保持池水溫度，必須利用加熱器來隨時加熱以補充被損失的熱能。有效的加熱系統的設置必須針對不同的加熱系統（例如太陽能加熱系統、電力、天然瓦斯、燃油或熱泵）來評估，依據實質的環境條件與限制因素、投資成本與期望報酬率來分析。當然，對於不同的加熱系統，彼此之間也可以相互的搭配應用。最後，再進行全系統的能源成本分析，以尋求最佳的設計方案。. 本小節是參照美國佛羅里達太陽能源中心（FSEC）的技術手冊，推演而得，提供有關於太陽能熱水系統 FSEC 加熱規劃程序如下。一、基本條件設定 ˙ 游泳池水溫（tpool） ˙ 地下水溫度（tground-water） ˙ 大氣溫度（tair）. 二、游泳池的熱損失與熱獲得游泳池熱損失的計算包含池水在傳導、對流、輻射與蒸發四部分的總熱損失。 2-8.

(38) 第二章. 文獻回顧. 游泳池的熱獲得大致分為兩種：一為游泳池因太陽的直接照射而獲得之熱能，對於室內游泳池，此部份省略不計。另一部份是由加熱系統提供之熱量，太陽能熱水系統游泳池的熱效能與其能源成本計算的整個分析過程概述如下：（一）熱損失游泳池的熱損失通常是指在傳導、對流、輻射與蒸發四部分的熱損失。傳導熱損失是經由池體；對流、輻射與蒸發熱損失是經由池水表面。游泳池的總熱損失是上述四種方式熱損失的總和。由於傳導熱損失所佔的比例是相對的比較小，在計算游泳池總熱損失時通常可以忽略不計傳導熱損失部分。一般而言，蒸發熱損失約 70%，輻射熱損失約 20%，對流與其他的熱損失合計約 10%。這四種方式的熱損失。（二）熱獲得對於室外游泳池，在一天的大多數時間之中，都是暴露於直接的陽光照射。在這種情況下，游泳池本身就是非常有效的集熱器，能吸收落於池水表面的太陽能大約 75%。若為室內游泳池，太陽熱能的獲得就必須依靠集熱板。室外游泳池也能利用集熱板以獲取太陽熱能。基於上述，游泳池的熱獲得可以簡單區分為兩種來源：一為吸收直接照射於游泳池面的太陽光的熱量。對於室內游泳池，此部份的熱獲得為零；若為室外游泳池，需要計算此部份的熱量。另一部份是經由太陽能集熱板提供的熱。室內或室外游泳池均可運用此種方式獲取太陽能。. 三、室內換氣需求室內游泳池的特性是高的潛熱負荷。這種大部分是來自池水蒸發的潛熱負荷必須被控制，讓因銹蝕與結露而對房屋構造產生的破壞性影響降至最低限度。具有適當的濕氣含量的室外空氣可以被運用。其次，開放收費的或免收費使用的游泳池通常都會有許多的人在其中從事非常耗費體力的游泳活動。為了避免讓進出室內游泳. 2-9.

(39) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 池的使用者有不舒適感覺，必須提供適宜的通風。換言之，游泳池需要進行溼度的控制，以維持必要的人體舒適感的環境條件。. 因此，游泳池的空氣調節系統其設計會有提供冷氣或除濕的不同換氣做法，其基本目的是要防止可能產生的使用者不舒適感或熱能的不當排放或能源的浪費。綜言之，對於在室內游泳池內潛在的氯與濕氣應該特別注意。這些潮濕的與有腐蝕性的元素，在池水區域未開放使用的時段，很容易達到非常高含量的程度。也因為如此，對於室內的游泳池，建築材料的選擇非常重要。建築師與專業技師或工程師都必須瞭解，在游泳池開始使用之後，建築物的操作與使用，甚至是在系統中可能發生的物理或化學變化的現象，幾乎是他們無法控制的。. 一般而言，室內游泳池的相對溼度的設計標準是 50～60%。但實際的相對溼度應該高於建議的設計標準，這是因為當游泳者由池水中浮出時，作用在人身上的蒸發冷卻效果。溼度若高於建議的標準，將導致腐蝕與結露的問題以及使用者不舒適感。室內換氣量的計算是以池水蒸發為基礎，加入對環境設計相關因子的考慮，訂出合適的室內空氣換氣需求，做為通風設施在實際設計時的依據。通風設施必須是足以移除由池水表面蒸發而積聚在室內的水氣，提供使用者比較舒適之室內環境。室內換氣計算的基本概念與相互關聯性，請參考圖 2.2.1。. 2-10.

(40) 第二章. 文獻回顧. 池水蒸發量  無人使用時之游泳池  有人使用時之游泳池. 舒適需求. 環境設計因數. 室內空氣換氣需求. 設計換氣設施圖 2.2.1 室內換氣計算流程. 在冬季，當室外的溫度與溼度是低於游泳池的設計條件時，可以利用溼度感知器來控制室外空氣的需要量，以維持期望的溼度標準。反之，在夏季，當室外的溫度與溼度高於游泳池的設計條件時，只能利用少量的室外空氣。冬季的設計室外條件必須要審慎的檢核，這種將濕氣移除的最佳條件並不是經常出現的，而且在建立最低的空氣需求量之前，有一些室外條件是必須要被檢核與計算的。由計算而獲得的空氣量經常是每小時換氣 1～2 次，這是一種比較低的空氣移動率。. 游泳池設計需要在建築師與顧問工程師之間的良好合作。室內游泳池的通風、加熱以及空調系統設計都是同樣的重要。室內游泳池的加熱系統在寒冷季節時的運轉會對其操作成本產生影響。此外，為控制室內游泳池的氯與水氣，通風系統的操作成本亦應考慮。通風也是熱量損失的來源之一。. 四、池水覆蓋物的影響由於在游泳池的總熱損失中，蒸發熱損失的比例非常大，使用游泳池覆蓋物是最有效的方法。理論上，池水覆蓋物的保溫效果能將蒸發熱損失量完全消除，但因游泳池使用時間的多寡而有不同效果，減低的比例隨案例狀況而改變。然而，覆蓋物的使用也能降低池水對太陽熱能的直接吸收，特別是室外游泳池。其減少量大約. 2-11.

(41) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 是 15～20%，這是因為在日出後至開始使用之間的時間差異的影響。覆蓋物的材質的保溫效果，以及覆蓋物的設計也會對熱吸收的減少量發生影響。覆蓋物對於對流熱損失或紅外輻射熱損失的影響，大約是 10%的減少量。在池水接受日射之前，必須先進行覆蓋物保溫的措施。對於大型的游泳池，操作覆蓋物的便利性是重要的考慮事項，因此可將泳池覆蓋物分割為數個比較小的、可操作的模組單元。. 五、游泳池太陽能加熱系統的熱量提供經過熱負荷的計算，可以瞭解游泳池的熱損失量與熱獲得量的狀況。對於游泳池，很明顯的，熱損失量是大於熱獲得量。也就是，必須提供額外的熱量才能讓池水的溫度維持在使用者感覺舒適的水準。運用總熱平衡的概念能計算出必須提供的額外熱量，包括來自太陽能加熱系統、電能加熱、天然氣、燃油或熱泵。. 對於室外游泳池而言，有陽光照射的地方不但能增加游泳的舒適感，也能明顯的降低游泳池的加熱成本。此游泳池在 11 月份期間的節約量幾乎是 1/3。注意，若氣候是過於寒冷或溫暖時，此例題的每日能源需求量將會有明顯的改變。. （一）集熱器面積計算太陽能熱水裝置集熱面積是依據熱水負荷，即水量和水溫、集熱器本身熱效率、系統熱效率以及使用時的氣象條件（例如，日照強度、環境溫度、環境風速）來確定。以太陽能加熱系統為例，在計算出游泳池的總熱損失之後，利用熱平衡能推估出可能需要的太陽能集熱板的面積，由此計算所需的太陽能加熱系統的成本。事實上，對於大型的游泳池而言，未經妥善規劃與設計的游泳池建築或基地配置通常是無法提供需求的集熱板面積與架設空間。因此，必須依靠其他的輔助加熱系統。 2-12.

(42) 第二章. 文獻回顧. 完全採用太陽能加熱系統的游泳池，若考慮游泳季節的延伸，其集熱板面積的量會很大。利用程式與電腦可以計算出全年各月份的集熱板需求量，由需求量變化的趨勢，再考慮游泳季節延伸的問題，設置空間和設備裝置方式以及成本收回的問題，才能計算出合理的太陽能加熱系統的規模。降低太陽能加熱系統成本的最有效方法是搭配使用游泳池覆蓋物，減少蒸發熱損失的影響。（二）輔助加熱器能源轉換估算游泳池能源負荷最簡單的方法是游泳池在過去的能源耗用量的紀錄，或者是類似規模的游泳池的能源耗用紀錄。具有類似的地點、規模、陽光照射條件與防風設施的二座游泳池，其能源使用通常不會有明顯的差異。游泳池的能源使用與其採用的加熱系統有關。 1. 電能加熱電能加熱系統的熱效率幾乎是 100%。如果知道電能熱水器在某一段時間的用電量，就能計算其產生的熱量。 2. 瓦斯或燃油加熱以瓦斯加熱或大約 50～70%的以燃油加熱的鍋爐，其在服務現場的熱轉換效率通常是大於在實驗室測試時的效率（80%）。FSEC 建議採用的效率轉換因數是 70%，除非有實際的現場數據能支持比較高的鍋爐效率。 3. 熱泵加熱器游泳池專用的熱泵加熱器是專為游泳池與水療按摩池而製造的。製造商宣稱的效能係數（COP）是 4～8。如果這種設備的能源輸出是被分離監控。 4. 馬達耗電量因為游泳池的池水循環及集熱器的給水供應都需利用電來驅動循環泵浦，所以會產生馬達耗電量。. 2-13.

(43) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 六、溫水游泳池相關的節能措施（一）游泳池覆蓋物使用的評估使用游泳池覆蓋物可以減少 10～15%的熱損失（來自池水的蒸發），減少加熱時間，節省燃料費用，減少大約 30～50%的補充水量，降低化學物質的耗用量約 30～50%，也能防止污物或雜物的掉進游泳池內。在選擇覆蓋物時，除了經費問題，還必須評估游泳池的設置條件、操作方式、可用人力、儲置空間等。（二）能源效率的泵循環泵在每年耗用的能源成本，可以是其初期裝置成本的數倍以上。為了能有效率的操作，適度的容量（馬力）是很重要的。能源效率的泵可以在非常短的期間內就回收成本。在效率部分的少量增加值，可以產生很大的費用節省數量。（三）一般性的游泳池能源管理在溫水游泳池的一般性能源管理中，最重要的是池水溫度的設定。某些研究結果顯示，池水溫度每增加一度，熱能的消耗量可能增加 10%。其他的事項包括進水口的柵欄應保持乾淨，減少池水過濾時間。除非是必要，不要經常的回洗過濾設備。經常維護與調整加熱器，使其保持在最佳的狀況。（四）照明設備游泳池設施所需之照明，無論是一般空間的照明、比賽場地（水道）照明、作業與設備場所照明、或緊急照明，除了應採用高效率的省能燈具之外，若能配合其他的可用之再生能源電力系統，調整迴路的負載，採用靈活的迴路控制與可調整的開關系統設計，自然就能更為有效的掌控能源，適時的針對不同的天候情況、使用時間、場所的位置、照明基準值、視覺舒適等條件來管理，達成綠色照明的基本目的。. 2-14.

(44) 第二章. 文獻回顧. （五）淋浴用水的管理淋浴用水的溫度設定通常是在 35～43℃。如同對一般用水器材的要求，應該安裝低流速的淋浴蓮蓬頭，使用能自動斷水的閥，有良好隔熱的熱水器。（六）太陽光電系統的使用游泳池使用的電源通常是以市電為主。主要的用電設備包括照明、空調、電能熱水器、基本的運轉管理設備（不含池水加熱）等。為了降低對市電的使用量，達到電力來源多樣化以及降低用電量的目標，可在整體的供電系統中納入太陽光電系統，以其發電量做為游泳池的輔助電源。也可配合太陽光電的電流特性，改用以直流為主的用電設備，同時免去換流器的設置費用，減少因電流轉換而造成的電能損失。. 2.3 建築物適用性驗證發展趨勢. 面對氣候變遷對環境影響的問題，建築物最受關注的議題即其能否促成環境保護和較高的能源效率。不合理的設計、不當的安裝或施工，以及缺乏專業的監造與品質查核，都有可能導致建築物的運轉與維護不良，成為不永續的建築。不永續的建築只會消耗更多的能源，讓使用的操作成本增加，縮短材料或設備的使用年限，甚至可能影響室內環境的空氣品質，讓細菌和微生物有滋生的機會，因而導致使用者的身體不適或生病，使生產力受到影響。不永續建築物的存在目前已是遍及全球的問題。英美等國早在 1990 年代就已意識到，若能在建築物設計時就輔以完整而嚴謹的適用性驗證（commissioning）作業，是可以防止在施工過程出現品質不良問題的根本方法。其次，舊建築亦可採用適用性再驗證（re-commissioning）作業，類似於建築物的診斷檢查，藉以查證建築物的空調系統運轉狀況、室內空氣品質、能源使用績效等，並針對問題提出改善措施，延長建築物的有效壽期。 2-15.

(45) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 大多數的溫水游泳池設施必然會因燃料成本（特別是電費）上漲的衝擊而面臨日益增加的財務壓力。基於環境關懷以及永續經營管理的理念，自然會重視在經營管理過程中的能源與資源節約問題。本節回顧建築物適用性驗證的相關議題，包含能源的使用管理與監控，藉以協助尋求能讓溫水游泳池能源效率強化的對策。. 2.3.1. 建築物適用性驗證. 建築物適用性驗證在本質上是一種持續的功能性驗證與效率改善過程，是在建築物生命週期的規劃設計、施工、驗收、使用維護等各階段都建立適宜的驗證管理。其最終目的是以最少的維護成本來獲得最大的實質利益。. 隨著建築物規模的擴大，新建築物都可能會裝設越來越複雜的冷、暖空調與通風系統（HVAC）、電力監控設備、先進照明管理系統、自動化安全管理系統等設施。這些設施都是必須依賴電子控制的設備或系統。若這些設備系統或其設計特性無法如預期功能操作時，對建築物所有人、管理人或使用人，都可能形成能源效率不彰、維護成本過高、室內空氣品質不良等問題，因而產生愈來愈多的抱怨與不便。為彌平這些性能不佳問題，針對建築物與其服務設施的適用性來實施系統化的驗證是必要的。. 美國能源署（DOE）曾在 1994 年對 60 棟商業建築物進行研究，發現其中超過 50%的建築物有控制不良的問題。40%有冷暖空調系統（HVAC）不佳的問題。30% 有感應器無法適當操作的問題。此外，有 15%的建築物其某些設備零件已經停產，找不到可替代的產品。25%的建築物其能源管理控制系統，在夜間有通風冷卻設備或可變速驅動馬達無法適當運轉的問題。類似的品質不良問題也經常出現在許多新 2-16.

(46) 第二章. 文獻回顧. 建築物的外殼、結構以及電力系統上。. 在美國加州進行的一項研究結果顯示，建築物的設計團隊與施工團隊之間存在著溝通不良的問題，造成原有的設計意向無法被落實。設計意向是業主或建築師對建築物績效期望的文件，也是適用性驗證的重要文件。其次，即使是受過良好訓練的查核人員，若只是「目視」設備系統的運作狀況，很難知道系統是否已按原來的設計或期望在操作。因此，建築物的各項系統與設備必須有嚴格的測試評估，藉此來驗證並記載其是否符合原設計，以及其整體的績效能否滿足預期的使用要求。. 一、適用性驗證的發展適用性驗證源自 1960 年代的美國國防工業。美國冷凍空調協會（ASHRAE）在 1982 年開始發近十餘年來，建築物適用性驗證的逐漸受重視是導因於業主的失望及使用者的抱怨，特別是在興建過程中過多的變更設計，導致成本提高、工期延宕或建築設備與系統不能發揮功用。在美國，目前已採用建築物適用性驗證作法的單位包含公共設施與政府機關以及中小學校、大學、研究機構、醫院等，但私人住宅及商業建築物較少採用。. 美國綠建築委員會對申請 LEED 綠建築標章認證的設計案，為確保那些符合 LEED 認定標準的節能設計在被完成時都能被確實操作，因而將建築物適用性驗證列為必要的執行事項之一，要求提供各項「檢核」過程文件。因此，適用性驗證在 LEED 系統中具有相當重要的功能。. 建築物適用性驗證在美國已被廣泛納入許多與永續建築相關的聯邦或州政府的規範內，例如高績效校園計畫。英國建築設備工程師學會（CIBSE）目前已建立七種適用性驗證法規，包括送風系統、鍋爐、自動控制、照明、適用性驗證管理、空. 2-17.

(47) 由建築物適用性驗證觀點探討太陽能溫水游泳池之設計整合. 調冷凍機系統、給水系統。此外，也提供建築物管線系統設計與可變風量系統的功能驗證原則，包括提供實施程序或檢核表之類的資料給適用性驗證工程師。對於建築加熱系統也在 2010 年出版非家用之熱水加溫系統適用性驗證以及太陽能加熱設計及安裝指南。. 二、適用性驗證的定義適用性驗證是一種品質管理過程，提供建築物所有人確認在建築過程中各項光、熱、冷氣、暖氣、通風設備，以及相關的建築物系統及其控制裝置均能符合設計原意，能有效發揮作用。也就是說，適用性驗證可以確定建築物的設備或系統是否需要被調整，以便改善整個建築系統的效率、績效或室內空氣品質。. 本質上，適用性驗證是以品質為導向的過程，需要執行某些品質保證（QA）與品質控制（QC）的整體品質管理（TQM）程序，必須提供有明確記載的文件，以便證實建築物施工的品質優良與否，其中包括各項設備與系統的功能操作或績效是否與合約文件規範的設計基準一致，以及是否滿足業主或使用者對環境品質及能源效率的要求。. 適用性驗證的重要性在於能確認建築物所呈現的能源績效和健康環境都是符合原設計目標。獲得的利益或節約量可以由所採用的適用性驗證方法來評估。這種全建築類型的設施品質或效能查核，是為了提供業主一些驗證方法來查核其功能性要求已在設計、施工、驗收各階段被嚴格執行，並確認建築系統能順利的操作和維護，符合既定目標與準則的績效水準。這些完全符合設計原意的查驗資訊以及操作、維護的資料與訓練手冊都能被完整的移轉給使用單位，保證建築物是在最佳狀態下被啟用。. 2-18.