行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
開放式主被動複合熱環境控制實驗與實驗系統建置--子記 畫一：開放式建築實驗平台之建構－以台灣建築科技中心
「熱環境控制實驗平台」為例 研究成果報告(精簡版)
計 畫 類 別 ： 整合型
計 畫 編 號 ： NSC 97-2221-E-011-118-
執 行 期 間 ： 97 年 08 月 01 日至 98 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立臺灣科技大學建築系
計 畫 主 持 人 ： 魏浩揚
計畫參與人員： 碩士班研究生-兼任助理人員：翁穎諄 碩士班研究生-兼任助理人員：王嬿晴
處 理 方 式 ： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，2 年後可公開查詢
中 華 民 國 98 年 10 月 28 日
行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 ■ 成 果 報 告
□期中進度報告
主被動複合熱環境控制實驗與實驗系統建置
子計畫一：
開放式建築實驗平台之建構－
以台灣建築科技中心「熱環境控制實驗平台」為例
計畫類別：■個別型計畫 □ 整合型計畫 計畫編號：NSC 97 - 2221 - E - 011 - 118 - 執行期間： 97 年 08 月 01 日至 98 年 07 月 31 日
計畫主持人：魏浩揚
計畫參與人員：翁穎諄、王嬿晴
成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：■精簡報告□完整報告
執行單位： 國立台灣科技大學建築系
中 華 民 國 98 年 07 月 31 日
DEVELOPMENT OF AN OPEN BUILDING PLATFORM FOR ARCHITECTURAL EXPERIMENT
National Taiwan University of Science and Technology Department of Architecture
2009/07/31
中文摘要
順應永續建築之時代潮流，國立台灣科技大學近年來選擇「建築科技」作為尖端特色領 域，進行多元研究。為配合「生活節能」與「開放建築」等發展重點，本計劃擬藉「台灣建 築科技中心」新建工程之規劃，建構一「開放式建築實驗平台」，以進行多種主、被動綜合 式熱環境控制系統實驗，進而在維持室內舒適度的前提下，找到最低耗能的搭配模式。
本研究應用「積木式構法理論」規劃「開放式建築實驗平台統整系統」。首先考量台灣 的氣候條件與可及技術現況，選擇 10 種主被動熱控系統積木單元，搭配出 15 種有節能潛力 的主被動綜合式熱控系統組合，並設定「地中管、太陽煙囪、輻射冷天花」三種技術作為主、
被動複合式熱環境控制實驗第一階段之重點。期望能建立一深具涵容性之實驗架構平台，容 許多組「主被動複合式熱環境控制系統」在不更動實驗支架體、不相互牽制掣肘之前題下，
進行各種實驗，以減少實驗所造成的環境衝擊，並降低實驗的生命週期成本，進而達到永續 實驗之目標。
因應此 15 組主被動綜合式熱控系統實驗之抽換，及「台灣建築科技中心」未來空間最大 的彈性需求，本建築乃根據「開放建築」的理念進行規劃，使服務空間與被服務空間帶狀區 隔，並藉 3M 模矩統整所有空間及實體系統。除此之外，本研究並開發 U-Deck 系統，搭配明 架天花與高架地坪，以創造「內部可變性」 ，滿足住宿、辦公、研究、教室等實驗空間屬性之 需求。在創造「外部可變性」方面，本研究開發開放式立面系統，以吊掛各類整合性的實驗 立面構件，配置陽台、露臺、維修貓道、設備空間等。
在被動式節能外殼思考方面，本研究之東南向外牆採多孔式雙層立面系統，以進行環境 控制：外層立面沖孔比例上小下大，以因應建物高樓層光量多及建物低樓層光量少之特性。
沖孔之作法有利於空氣流通，避免夏日熱氣蓄積於雙層立面之留空層，進而減少內層立面的 二次熱得，呼應亞熱帶熱濕氣候國家遮陽與通風並重之建築傳統。西南、東北向立面亦採與 東南向內層立面相同的輕量化斷熱門窗系統，然因其有東、西曬問題，故在斷熱門窗之外尚 加裝自控式外遮陽捲簾系統。該系統具一光控與風控之偵測系統，可因風力與光線之條件自 動控制捲簾之起降。
為測試本開放性實驗系統之涵容性，本研究製作縮尺模型與 3D 模型，並以六樓為例，檢 討七種空間類型與 15 種主被動綜合式熱控系統設備之搭配可能性，其結果證明，透過開放建 築理念以及彈性之配管空間區劃，本系統可充分將所有設備及管線整合於支架體中，順暢地 進行各種主被動複合式控制模組實驗，並能確保其抽換的可能性。
展望未來，將本於此規劃架構，繼續完成「台灣建築科技中心」之興建，使其能扮演統 整建築新科技的活體試驗場，進一步檢測、驗證、監控並展示相關領域之研發成果。
關鍵詞: 開放建築、建築實驗平台、統整系統
ABSTRACT
The objective of this research is to develop an open platform for a real project
“Taiwan Technology Research Centre”, so that the different hybrid experiments of active and passive building environmental control systems can be integrated.
In order to ensure the capacity of this platform, the open building theory is introduced in this research. Relevant experiments can thereby be conducted in plug-in mode and be replaced by a new one after their end. Owing to this kind of integrated design the energy and material consumption, as well as the building waste during the study will be minimized. The information acquired is also shared. A new type of sustainable building experiment, then, is established.
Earth tube, solar chimney and cool ceiling techniques are three of the 10 most important active and passive building environmental control systems in this research.
By combination of these 10 systems 15 hybrid modules are derived, and will be experimented.
The whole research project will last tree years:
The first year is the planning year. An integrated open building system that ensures the highest degree of flexibility to meet great varieties of spatial and installation needs during experiment’s lifetime will be developed.
The seconde year is the building year. An open experimental platform and its accessories will be constructed. Its infill components such as equipment, removable partitions, and facade elements are to be dismantled, reassembled and replaced, so that the sustainability of the platform is ensured.
The third year will be the test and the monitoring year. 15 hybrid experiments of active and passive building environmental control systems will be conducted, in order to find out the most energy saving mode for the building environmental control systems in Taiwan.
Keywords: Open Building, Experimental Platform, System Integration
壹、序論
1. 計劃背景與目的
國立台灣科技大學近年來選擇「建築科技」作為尖端特色研究領域，籌設「台灣建 築科技中心」 （Taiwan Building Technology Center） ，在既有的研究基礎上，開展「建 築防災與更新」、「綠色建材永續技術」、「生活節能與環保」、「智慧建築」、「開放建築」
等五個研發主題。為彰顯並統整研發技術，擬規劃興建「台灣建築科技中心」大樓，作 為建築研究的活體試驗場，以檢測、驗證並展示各領域之研發成果。
順應永續建築(Sustainable Construction)之時代潮流，五大領域研究係以「生活 節能與環保」為主軸，特別強調「主被動複合式熱環境控制系統」的開發，串聯其他四 個領域之相關研究議題，期能建構一適合環亞熱代之新世代辦公及研究大樓綠建築系統 原型。
「台灣建築科技中心」大樓的空間用途設定為: 1. 辦公、研究室及 2. 住宿空間兩 大類。由於未來進駐的單位及使用空間之分配未知，而五大領域建築實驗之課題多、範 圍廣，內容亦需分期規劃，保持彈性，以隨著實驗進展之成果及未來擴充、變動之需求，
作必要之調整，故「台灣建築科技中心」實驗建築之規劃架構實應具備「開放」之屬性。
在此需求下，如何導入「開放建築之觀念」進行「活體試驗場」之規劃，即成為本研究 所要探討之主要目標(圖 1)。
圖 1、 「開放式建築實驗平台統整系統」係建構一建築科技研究的活體試驗場，其具開
放性的支架體系統，可涵容多種實驗填充體，以綜效觀點(Synergistic)針對生活節能與
環保、開放建築、建築防災、綠建材、智慧建築等五大建築科技主題進行開放性實驗。
職是之故，本研究之目的定義如下:
1. 以「開放建築」之觀念，規劃「開放式建築實驗平台統整系統」。
2. 透過系統統整性與實驗模組衝突性之檢討，確保該實驗平台架構對各種實驗模組之涵 容性與可行性。
3. 藉縮尺模型與 3D 虛擬模型之製作，建立與各實驗單位溝通協調之媒界，進而提高系 統統整之效率與品質。
4. 以「永續營造」之方法，興建「開放式建築實驗平台統整系統」。驗證本系統之營造 可行性
5. 規劃進行「主被動複合式熱環境控制系統」之建築實驗，藉模擬與長期量測監控，驗證 各種預測理論模式之正確性。
6. 抽換與更新實驗模組，驗證本系統之「開放性」。
7. 根據模擬與量測監控結果與開放性盲點，修正實驗屋原型系統之硬體設施。
8. 尋找適合台灣「熱濕氣候環境條件」的新世代辦公及研究大樓綠建築系統原型。
2. 重要性
一、 「主被動複合式熱環境控制系統」開發的重要性
在台灣熱濕氣候環境條件下，夏季的空調負荷係建築耗能之大宗。被動式(誘導式) 手法雖然能有效降低顯熱負荷，然而當炎夏室外溫溼度分別高達 31℃、80%時，單靠通風、
遮陽、隔熱等手法，通常無法完全滿足室內舒適度之需求，機械設施之導入，便成為無 法避免的主動式冷房操作模式。
以往研究，過於強調單一被動式節能手法或機械控制的普適性，故雖有變頻、變流量、
變風量...等各式節能空調系統之開發，但通常與通風、遮陽、隔熱等被動式節能手法分 開規劃，遑論整合性思考。因而易得出一種手法無法完全達到舒適度範圍之結論，忽略 了被動節能手法及機械控制相互統整之重要性及綜效性。
而主被動複合式(Hybrid)熱控手法之思考係認為: 各季節時段各有其適用之環控手 段，若能搭配數種主被動節能方法或設施，則定能找到一組或多組最佳化的節能手段，
使主動式熱控之耗能降至最低。
台灣的建築節能解析一般以靜態方法為主，節能效率之評估依據既有建築作法的耗能
統計資料，雖能提供節能效果之量化評估，但無法進行逐時耗能解析，因而無法精確掌
握建築的耗能狀況。而以此觀點推動之節能設計，雖有利於推動既有主、被動節能手法
之應用，但無法進一步激發革新性的主被動節能思考甚或複合式熱環境控制系統之研發。
反觀先進國家現階段之發展，以結合被動、主動措施的綜效式系統為當今節能建築主 要潮流。建築個案往往可依其計劃需求及環境條件，量身打造出最佳化的主被動複合式 熱環境控制系統。拜電腦功能日趨強大及解析軟體普遍之賜，每個個案均可針對一年 365 天逐時之環境變化，以最佳化模式，個別啟動主、被動節能元件，並以調適性(adaptive) 方法精確控制相關設施，使冷暖氣之耗能得以降至最低。
除此之外，該類主被動複合式熱環境控制系統常與建築結構、構造、設備乃至造形一 體規劃，呈現高度整合化之先進建築系統。
然而，此種與動態能源解析結合之主被動複合式熱環境控制系統雖然效率極高，但係 針對先進國家，通常是寒帶國家氣候環境條件發展，無法將其模型直接套用於以冷房思 考為主的台灣。因之，若要將此思維模式引入台灣，勢必要針對台灣熱濕氣候件進行本 土化研究，針對多組可能的綜效模式，找出最佳化的主被動複合式熱環境控制系統搭配 模式，進而導引本土「節能建築」之思維往高效化、複合化、動態解析、調適控制、整 合規劃等方向演進。此即為本研究之出發點。
職是之故，本研究所屬之整合型計劃團隊擬找出適合台灣熱濕氣候件的「主被動複合 式熱環境控制系統」 ，以數值模型進行其效能之解析，並藉原型屋實作之方式進行實驗驗 證，提出該綜效式主被動複合式熱環境控制系統的性能量化數據。除此之外，也藉此建 構該系統與構法整合之實作模式，檢討該系統在現今台灣的營造體系與技術支援條件下 實際應用之可行性。
理論上，適合台灣環境條件的「主被動複合式熱環境控制系統」應該不止一種。若吾 人希望能夠找出效率較高的方案，勢必須以系統化的方式進行多組實驗，方能進行分析 比較。因之，建構一個開放性實驗平台，以容許長時間，多課題、不斷抽換模組地進行 實驗，確有其必要性。
二、 「開放式建築實驗統整平台系統」之重要性
開放式建築實驗平台系統之建構，乃將「永續建築」(Sustainable Architecture) 的思維導入「實驗建築」 ，期能以生命週期的觀點，讓建築實驗之進行在減少其對環境衝 擊的前題下，可長可久。該實驗平台在永續與革新面向的重要性如下:
1. 提供建築實驗橫向統整之機會: 以往建築實驗，往往在實驗室中獨立進行，缺乏 整合。開放式建築實驗平台系統，恰可提供建築實驗橫向交流之機會，驗證各子 計劃實驗整合之可行性，並容易激發革新性的技術思維。
2. 建置資源共享之服務性機構: 傳統建築實驗往往個別進行，一組就需一個服務設
施(Infrastructure)，造成浪費。開放式建築實驗平台系統，可提供統一但彈性
之服務設施，使各實驗得在一中性的網絡中共享能源、物質、資訊等資源，一來
節省建造成本、二來以轉用、共用之手段，減少建造資材之耗用與廢棄物之產生。
3. 提供空間調整之彈性: 由於「主被動複合式熱環境控制系統」相關實驗需視每階 段之成果彈性調整，並容許新的實驗進駐，故「建築實驗平台系統」必須具有一 定程度的開放性，以滿足實驗模組更動與抽換之需求。
4. 滿足平面使用之不確定性因素:「台灣建築科技中心」大樓未來進駐的使用單位及 空間分配未知，故建築實驗平台系統必須以「開放建築」的觀點建置，以因應未 來擴充、變動之需求，作必要之調整。
三、 「實驗屋」之重要性
此實體建築實驗屋之建構，係以原型屋之設計興建為手段，探索新的建築技術、觀念、
工法與材料應用與實體建物之可行性，為先進國家行之多年推動建築技術革新之有效研 究模式及手段。整體而言，建築原型實驗屋之開發研究，有如下之重要性:
1. 藉原型實驗屋之開發統整新科技。
2. 驗證新科技實際操作面之技術可行性。
3. 興建之數據，可提供技術、效能、經濟、實踐、供需等等面向之參考。
4. 興建過程所獲之經驗，可反饋至技術之修正，使科技更斟完美。
5. 原型屋之開發往往可激發新的實驗與構思議題。
3. 相關研究
建築實驗原型屋之建構無法由建築師獨力完成。建築學術研究機構往往須擔負統整相 關研究最重要的核心工作。綜觀 90 年代以降之相關研究，吾人不難發現，美國、日本及 歐洲等先進國家的建築學術研究機構，莫不常透過原型屋之開發與測試，爭取新建築科 技的領導地位。
英國建築研究機構 BRE(Building Research Establishment)為一旗下擁有 650 個專 業建築科技人員之研究組織， 「辦公建築之能源效率」為其研究之重點之一。該機構與工 業界緊密合作，企圖共同改良既有技術，或找出新科技，以符合 21 世紀節能與環保之目 標。該研究機構特別強調落實建築研究之重要性，因之其於 1996 年 Watford 之新總部大 樓設計，即為開發與驗證新建築技術之成果。設計初期，BRE 之研究群即與委託之建築師 (Feilden Clegg Architects)與結構技師 Buro Happold 組合成一龐大的整合團隊，共同 討論如何建構一個新世代辦公建築系統原型，其於能源消耗少於 85 Kwhr/ m2 a 的前題 下，提供舒適的溫、濕、光線等環境條件的辦公環境。該研發團隊成功開發波浪形多功 能樓板系統，整合配管與導光、燈光等設備，並與太陽煙囪形成一通風系統，配合遮陽、
地 冷 鑽 管 等 系 統 之 導 入 ， 大 輻 減 少 能 源 消 耗 及 CO2 之 排 放 ， 使 其 環 保 效 果 獲 得
BREEAM ”Excellent"等級之評分。該建築以實案研究，整合設計、模擬、構法開發，施
工營造及環境監測，徹底驗證永續建築新技術的可行性(圖 12、圖 13)。
圖 12、英國建築研究機構 BREWatford 之新總部大樓設計
圖 13、英國建築研究機構 BREWatford 之新總部大樓環境監控之成果
哈佛大學教授 Matthias Schuler 所率領的 Transsolar 能源技術公司為世界知名的建 築節能團隊，其與司圖佳大學教授 Werner Solbek 及建築師 Dreiner 在德國 Heilbronn 市所設計之一層樓高的西南金屬公司辦公分部外型方整、毫不起眼，卻為另一個採用主 被動複合式熱控節能系統之革新性範例。該設計整合多種主被動熱控模組，成功地大輻 降低該辦公建築的耗能。
在建築的被動設計手法方面，該團隊將一條龍平面的建築物作正南北向配置，東西向 短立面徹底封閉，以避免東西曬問題，南向以深出簷配合落葉性植栽，避免夏季過多的 日射熱得，引入冬季低角度陽光。大面高性能雙層內充鈍氣之隔熱玻璃橫拉門，除允許 良好的視覺穿透性外，尚能滿足斷熱需求，提供夏季優良的通風換氣(圖 14~圖 17)。
在冷暖房的節能設施方面，該建物採加冷（熱）與換氣分離之原則進行規劃，以避免 換氣所造成之冷（熱）損失。
該建物在夏天利用日夜溫差，於晚上進行夜間通風冷卻。夏夜約 18℃左右的涼風經 開口部進入室內，將蓄積於 RC 樓板的熱氣帶走。白天窗戶緊閉，利用夜間蓄積於樓板中 的冷進行輻射型熱交換。僅在樓板溫度高於所設定的舒適溫度時方啟動冷房設施。該建 物之冷房乃以 10 根深達 100m 的地溫熱交換探管為主要之冷源，其與熱泵系統相連後，
可於必要時提供涼水於 RC 樓板中的塑膠盤管，以進行輻射型熱交換。至於必要性的適量 通風換氣，則由地中管、廢熱交換器、加冷機、除濕機所共組之模組提供新鮮進氣。
冬天之暖房系統亦以 10 根深達 100m 的地溫熱交換探管為主要之熱源，其與熱泵系統 相連後，可提供 30℃的溫水至 RC 樓板中的塑膠盤管，以低溫輻射暖房的模式進行室內加 溫。必要性的適量通風換氣，則由地中管、廢熱交換器、加熱機、加濕機所共組之模組 提供新鮮進氣。
由於不採用傳統鍋爐、壓縮機進行加熱或加冷，而改採地溫探管、熱泵、地中管、夜
間冷卻、構造主動熱控系統、暖風機等主被動複合式熱控系統，將冷暖房加冷或加熱之
原生能源消耗減至最少，因而本建築一年四季之運轉僅排放極少的二氧化碳。此外，該
系統將空間配置、結構、構造、設備、配管一體整合，誠為主被動複合式熱控節能系統
極佳的示範案例(圖 14~圖 17)。
地溫熱交換探管 樓板中盤管 建築外觀
地溫熱交換探管之抽水馬達機組 南向深出簷外觀 熱泵系統 圖 14、西南金屬公司辦公分部之節能設計
圖 15、西南金屬公司辦公分部主被動複合式熱控節能系統之構成
機 房
熱泵 冷卻熱交換 除濕送風機
地中管 OA
10 根地溫熱交換探管
SA RA EA 構件輻射冷暖房
地板暖風 機與暖器
構件冷 房輸送
熱交換
冷機
圖 16、西南金屬公司辦公分部夏天冷房節能構想
圖 17、西南金屬公司辦公分部冬天冷房節能構想
綜合區 機械通風
窗戶通風 地下暖風機 新鮮進氣
遮陽及 眩光遮蔽
構件輻射暖房 窗扇進行通風換氣
冬天暖房節能概念
綜合區 機械通風
窗戶通風 新鮮進氣 遮陽及
眩光遮蔽
構件輻射冷房 窗扇進行通風換氣
夏天冷房節能概念
圖 18、 尾島俊雄的 PRHP 原型屋設計
早稻田大學尾島俊雄教授主導之「低環境負荷及資源循環型居住系統社會工學之實驗 研究」計劃(Perfect Recycle House Project 簡稱 PRHP)，企圖建構低環境衝擊的易循 環建築系統原型。該計劃以獨棟透天住宅為對象，從空間設計、結構系統、填充系統、
選材用料、構材接點等方面規劃出有利於循環、再用(Recycle、Reuse)之建築構造系統。
除此之外，該原型屋尚以外氣處理冰續熱空調機、輻射冷天花、熱儲系統、熱泵、中水 利用等等節能、省資源設備模組規劃出省能、低運轉費用、低環境衝擊的環境控制系統，
替日本住宅建築提出一前瞻性的優質綠建築原型。PRHP 計劃已分別於福岡縣北九州市及 富山縣富山市興建現代與傳統兩種類型之實驗住宅，其監控設施並與東京早稻田大學之 監控中心遠端連線，可隨時讀取該原型屋溫度、濕度、風速、耗能、節水等等之相關資 料，以獲致多年期之監測資訊，作為改善與修正原型之參考。此整合多領域專家於 2000 年左右完成之建築原型之開發研究，無論研究課題、系統建構、研究組織各各面向均有 值得吾人借鏡學習之所(圖 18)。
4. 重要參考文獻評述
一、綜合式節能熱控系統設計
先進國家熱控系統之個別研究已行之有年，而綜合式熱控系統之研究業已趨成熟，目
前除基礎研究外，已發展至大量應用多元綜合式熱控系統之階段。
Braun 氏於其”Sun, Wind & Licht” 一書中，從都市、建築配置、形狀、外殼、構 件、開口、用材…等面向彙整了大量被動式建築熱控設技策略及案例，並敘述如何以最 少量的機械、主動式熱控方法，增強被動式建築熱控之效能。
Hausladen 在其" Klima Design"一書中，針對溫帶氣候環境，提出多種主被動複合 式熱控系統模型。在系統的分類上 Hausladen 將主被動熱控系統分為 1. 立面外殼、2. 通 風換氣與 3. 空調系統等三大類，特別針對構件輻射溫控技術、淺層地溫利用、廢熱回收 系統、潛熱儲藏系統(PCM)…等先進之主被動熱控作法，詳述其原理與應用模式。此外，
並分別就 1.辦公、2.中庭、3.學校、4.集會、5 住宅等五大類建築類型，說明各種主動 式熱控模組搭配組合之可能性。為避免空調換氣所造成之熱損失，Hausladen 大力提倡 氣、冷(熱)分離之概念，彙整了歐洲目前節能建築主流論述之思考邏輯與作法。
Hausladen 進一步在其" Klima Skin"一書中針對「建築外殼構法」與「主動熱控設 施」與「室內環境舒適度」之交互作用，進行詳細之檢討。尤其對開口部之大小，所帶 來的採光效果與熱負荷影響，提供了寶貴的主動熱控設施之設計法則。
Thomas Herzog 在其"Fassaden Atlas"一書中，系統性地整理建築外殼之節能構法，
尤其在開口部”控制元”方面，提出可調整機制之思考，視室外天候條件，控制開口部 尺寸、採光、導光、通風、遮陽等元件開合狀況，替建築外殼被動式熱控之作法作出典 範。
Transsolar 為世界知名的建築節能顧問公司，以其革新性之節能思維，開拓了另一 種建築專業諮循領域。該公司輔助建築師、設備技師，共同發展新世代的綜合式節能作 法，模擬其效果，並修正設計。以此模式，將其建築節能思維落實於曼谷機場等重要大 型各類建築上，並將其工作之成果收錄於 Clima Engineering 一書中，成功開拓另一種 以節能主導建築設計的操作之途徑。
竹中工務店在其「持續可能性的建築」一書中，整理其新世代的辦公大樓「東京本店 新社屋」之全方位的永續設計思考。該大樓之設計，係從生命週期循環的觀點，妥善規 劃能源與資源之運用，並將智慧建築之技術整合於本建物中。在主動式熱源控制系統方 面，特別開發低溫、大溫差之主動式熱源搬運系統、立面通風換氣與空調整合系統，並 配合屋頂導光構造，創造優質的音、光、風、熱等室內環境及彈性之工作空間，誠為本 研究建構開放式建築實驗平台統整系統之標竿。
以上研究，大多以中歐、北美或日本之氣候條件為考量，該緯度熱控之主要課題係於
冬日將大量的熱，透過被動式規劃方法與熱控系統留於建築物中，而使主動式熱控機制
之耗能減至最少，此與台灣之氣候條件及以冷房為主的控制需求，恰恰相反。故如何分
辨彼等研究中對吾人有幫助之主被動式熱控作法，誠為本研究亟須釐清之關鍵所在。
二、開放建築
開放建築強調以層級性之思考規劃建築空間，使各空間層級的發展能在一系統架構下 彈性滿足未來不確定的變動需求。由於開放建築的「永續特質」 ，近十年來受到國際建築 組織之重視，成為 CIB W104 的研究課題。
(開放建築)開放建築之思潮起於上個世紀中。Louis Kahn 於六零年代即提出服務與 被服務空間之概念，將建築空間依其使、役之用途屬性，區劃為兩種主要等級，並以分 離之概念組構服務與被服務空間。先進國家的開放建築設計探討於 1970 年代進入全盛時 期。荷蘭建築師 Habraken 在其 Variation 一書中[Habraken]，提出數種開放建築系統的 原型 ，並清楚說明該系統界面的構法原則。德國也於 70 年代先後舉辦 Flexible Wohngrundrisse、Elementa 72、Integra 等大型競圖案[Deilmann]，徵求建築工作團隊 對於開放建築系統構成之卓越構想。Peter Faller 則於住宅平面一書中，專章探討建彈 性平面與結構、技術設備之間的界面關係[Faller]。90 年代以後，日本更以實驗屋方式，
實踐諸如 Next 21、Hybrid-Z 等開放系統，而將開放建築之發展推向高峰。
國內開放建築的相關研究起於 80 年代末期。王明蘅將 Habraken 的開放建築理論與方 法從 MIT 帶回台灣[Habraken]，經多年之發展，建立了理論體系，並嘗試應用於本土之 空間設計。2000 年後，魏浩揚、杜功仁等人，在教育部、國科會及內政部建研所研究之 補助下，先後開發「本土再生建築」 、 「MEGA-house」 「開放式建築立面整合系統」 。 「本土 再生建築」(NTUST-1)及「MEGA-house」係一以低層透天農舍為開發目標之開放建築原型 (參見計劃書中近五年研究)(圖 1~10)。而「開放式建築立面整合系統」則為一般 RC 造住 宅大樓類型所設計的開放建築原型。三個原型系統之開發，企圖以開放建築之觀念改善 台灣城鄉建築的居住涵容性及外觀。進而將本土開放建築之論述，推展至實踐之層次，
與台灣之居住空間營造作進一步之接合。
為順應永續建築的世界潮流，展望未來的本土開放建築論述，不僅應在物質流上推動
以轉用、再利用、開放與彈性等手法，節約物資，減少廢棄物產量。在能量流方面，宜
更加強環境控制的開放性，使本土建築對於環境變動之與調適反應更加敏銳，進而提升
其物理性及舒適度。
貳、研究方法與進行步驟
1. 研究方法:
本案在研究方法上採用 1.開放建築計劃方法、2.積木式構法理論及 3.模型法等三種 方法進行研究。採用「開放建築計劃法」 ，係期望能建立一開放性之實驗架構平台，容許 多組「主被動複合式熱環境控制系統」在不更動實驗支架體、不相互牽制掣肘之前題下，
進行各種實驗，以減少實驗所造成的環境衝擊，並降低實驗的生命週期成本、進而達到 永續實驗之目標。採用「積木式構法理論」之目的，一方面希望能以有效率之方法，提 出多組「主被動複合式熱環境控制系統」的組合模式，另一方面則希望借重該法，規劃 出最佳化的開放性實驗架構平台構造。而「模型法」之採用，則擬以足尺大小的實驗模 型，模擬該系統實際應用之情況並探討其可行性。以下詳述各法之內容:
一、開放建築計劃方法
所謂開放建築，係以層級化分離的規劃方法，建構一深具涵容性的建築組織架構，
其可允許空間使用者在此架構下，自主其使用空間與硬體之配置規劃，並可因應未來變 動之需求，作彈性之更動者。由於該系統之考量，可滿足未來空間不確定之使用需求，
減少改修、拆除所造成的環境衝擊，並有效降低生命週期成本，故已為今日永續建築之 主流思想。
本案採用開放建築理論進行規劃，除了順應綠建築的時代潮流外，實有以下不得不 然的思考:
1. 不確定之使用需求: 本案未知之空間使用需求，以及實驗主題的未定性與開放建築 所針對的不確定性因素之需求，有極大的相似性。
2. 填充體更動之需求: 實驗主題在實驗結束後，必須被抽出更換，更動之過程不可影 響其他進行中實驗，也不宜大輻修改既有支架，此與開放建築之強調可更動之需求 一致。
3. 支架體之涵容性需求: 恆定的支架體(如結構、配管系統)必須具備完善的系統界 面，以與各類插入之填充體整合，並提供足夠的資訊流、能量流與物質流，以容許 未來各種實驗之施作。
4. 自決性需求: 各空間使用單位，亦即實驗單位，可自行決定空間使用(實驗)模式，
在開放的架構下，可獨立作業，互不干擾。
有鑑於此，本研究擬採用以下開放建築的計劃方法，以解決本案特殊之開放性需求:
1. 分級: 以二階段供給的觀念，將建築系統區分成屬於公共的、使用年限長的「支架 體」 （柱、樑、版、基礎等結構及配管系統），以及屬於個人的、使用年限短的「填 充體」 （外牆、隔間牆、地板、天花板、門窗、家具、水平設備管線、建築實驗設施 等）兩個部分來規劃設計。
2. 決策分配: 規劃單位負責中性之支架體及填充體插入規則之擬定並執行管理相關行 政作業，使用者(實驗單位)則可視其空間需求，運用各種系統化、層級化及介面整 合後之填充體構件(如天花、可拆組隔間牆、雙層立面系統、高架地板系統、模組化 設備等)，建構其所需之建築實驗空間。
3. 環境層級實質分離: 本案擬建構一套層級分明的系统化開放性架構，各層級系統雖 整合一氣，但其介面仍可脫開分離，容許一個分系统可以被不同的方案所替代而不 會影響其他分系统。分系统的可交換特性，使得各利益相關者不同時空的需求得以 彈性滿足，使整體系統適應不斷變化的需要成為可能。
4. 使 用 開 放 建 築 區 劃 方 法 : 在 空 間 規 劃 方 面 ， 本 案 採 用 開 放 建 築 之 區 劃 方 法 ( Zoning)，將空間區分為服務性、被服務性空間以及中性帶，以促成空間規劃之彈 性。
5. 使用特別的支架體技術: 配合空間區劃，本研究將研發一套開放性支架體系統，其 由具備足夠涵容性(Capacity)之結構系統及設備配管系統所構成，以支持不同填充 體之使用，並確保日後更動、修繕及汰換作業之無礙。
6. 使用市售的填充體技術: 考量成本之降低與施工之本土化條件，本案在合理的模矩 尺寸規劃下大量採用台灣常見的市售「填充體」 ，減少日後補充、更換與修繕之問題。
7. 容許分期的財務計劃: 由於本案之架構開放，各填充體可依研究資金到位之時間條 件，分期分階段進行相關實驗。
二、 積木式構法計劃:
在構法開發方面，本研究擬以「積木式構法計劃」 ，針對「主被動複合式熱環境控制 系統」之整合，進行開放建築支架體、填充體之建構。
所謂積木系統，係以種類有限、數量一定的積木單元，依一定的排列規則，組合而 成的空間系統。因之，此系統之構成包含以下要項:
1. 積木單元的種類與數量:
2. 積木單元的排列規則。
3. 以積木單元組合構成的空間系統
而建築實體之構成，亦可視為種類有限、數量一定，針對特定機能問題的構造解法 模組，依一定的構法規則，組合而成的實體空間系統。以本案有關的節能系統為例，熱 濕氣候條件下主被動複合式熱環境控制積木系統之構成可為:
1. 積木種類:
根據建築空間用途及熱負荷決定大小之地中管、煙囪、輻射冷天花板、預冷空調箱、
熱回收系統、預冷空調箱、FCU、AHU、分離式冷氣…等系統。
2. 積木的排列規則:
有意義的積木組合需滿足: a. 較少的冷卻耗能設施，b. 能因應台灣熱濕氣候春夏 秋冬不同的環境條件，c.能產生舒適的室內環境。
3. 積木組合:
滿足積木排列規則的可能系統模組計有: 1. 地中管+煙囪、2. FCU+熱回收系統、
3. 地中管+AHU+熱回收系統、4. 地中管+預冷空調箱+輻射冷天花板、5. AHU+地中 管、6. FCU+熱回收系統＋地中管、7. 分離式冷氣+熱回收系統。
由積木式系統之操作，可快速形成解法方案，以提供進一步實驗之決策參考。除了
「主被動複合式熱環境控制系統」之構成外，積木式構法操作在本研究中之課題尚可為:
支架體系統、設備系統、配管系統及填充體系統。本研究擬以此方法建構「開放式建築 實驗平台統整系統」 。
三、 模型法
由於本案涵蓋諸多建築活體實驗之複雜要項，為確保研究與工程實作介面整合之無 礙，亟需建置研究模型(study model)，以利各相關研究單位間之溝通討論，此即「模型 法」(model method)之應用。所謂「模型法」係運用「物質模型」來探索客體原型的形 態、結構、特性和本質問題。為提高該「物質模型」與所代替的客體原型之間的相似性，
本計劃擬採縮尺模型、電腦 3D 虛擬模型及縮尺模型，模擬該系統實際應用之情況並探討 其可行性。
縮尺模型在此即為 1:20 的「開放式建築實驗平台統整系統」原型，以提供多組「主 被動複合式熱環境控制系統」進行實驗。
足尺模型之試作，有助於早日發現原型構思之盲點，以進行改善，從而減少該系統 實際建造時不必要產生的問題。透過「開放式建築實驗平台統整系統」足尺模型之建構，
吾人可蒐集並彙整規劃及施作過程中所產生的問題與經驗，提供未來本土「主被動複合
式熱環境控制系統」實案發展的策略建議，並可作為日後展示及說明之用。
2. 進行步驟
本研究依如下九個步驟進行:
1. 文獻蒐集與彙整:
蒐集與彙整熱濕氣候條件下被動及主動熱環境控制手法與實驗屋案例。
2. 需求定義:
從本案的基地、經費、空間及五大實驗領域擬進行的實驗方案，定義本案需求，撰 寫建築計劃(Program)，作為本開放性實驗架構分階段、分年進行之構想依據。
3. 空間與平面區劃:
依開放建築區劃(Zoning)之方法，進行空間區劃，以確保各層級空間的更動獨立性。
4. 模矩計劃:
參考市售建材產品規格，並配合支架體、填充體特殊構成之構造需求，訂定基本模 矩，作為各構件尺寸統整之依據。
5. 規劃支架體系統:
按照開放建築二階段供給之層級理論，規劃中性之支架體系統，以涵容可變之實驗 填充體。由支架體之構造型錄中尋找適當的結構與設備配管等支架體系統方案，再 依本案特殊需求，修正成所需之支架體系統。
6. 規劃填充體系統:
按照開放建築二階段供給之理論，規劃可變之遮陽、立面、內裝及主被動熱環境境 控制實驗填充體。由填充體之構造型錄尋找適當的立面、地板、天花、牆體、設備 等填充體系統，再根據實驗需求，組合及整合成所需之填充體系統。
7. 相容性評估:
檢討計劃中的填充體及支架體系統方案的相容性，進而以多個修正迴路，改善系統 構成，以提高支架體的涵容性與各填充體之獨立操作之併存性。
8. 設備計劃:
規劃主被動熱環境境控制實驗填充體所需之設備、配管，使其於支架體整合一氣，
方便實驗之更動。
9. 縮尺模型建構:
本計劃之另一重點係建構 1/20 大比例縮尺研究模型及 3D 虛擬之模型，檢討設計之
構法與工法問題並修正電腦輔助設計之 3D 虛擬模型的盲點，以相互比對檢討，以期
早日發現構思盲點，進行修正改善之反饋，從而降低該系統實際建造時不確地性問
題之發生率。透過該實體與大比例縮尺模型與 3D 虛擬模型之建構，吾人亦可作為整
合校內頂尖建築相關領域之研究之溝通橋梁，蒐集並彙整規劃及施作過程中所產生
的問題與經驗，提供營造階段整合系統發展的策略建議。
圖 19、計劃流程圖
START
文 獻 蒐 集 整 理
實驗需求 空間需求
基地/法規 分析 主被動複合式
熱控系統構思
需 求 定 義
空間計畫 造 型 計 畫
建構開放式實驗平台 層級系統
設計配管+設備系統
縮 尺 / 足 尺 研 究 模 型
熱控系統/開放空間整合性/相容性 檢討
完 成 開 放 性 建 築 實 驗 平 台 之 設 計
END YES NO
設 計 填 充 體 系 統 設 計 支 架 體 系 統
模 矩 計 畫
進入實驗階段
參、研究成果
研究團隊針對本案所設定之目標，尋找並選定熱濕氣候環境條件下節能設計之可能 實驗方案，作為本實驗架構分階段分年進行之設計需求，並以此為依據，進行「開放式 建築實驗平台統整系統」之規劃，以下詳細說明本「實驗屋」之設計:
1. 需求定義
一、 主被動複合式熱控系統之實驗構想
主被動複合式熱環境控制的思考重點係: 各季節時段各有其適用之環控手段，若能 搭配數種主、被動節能方法或設施，則定能在維持室內舒適度的前提下，發揮被動手法 的最大功效，找到一組或多組最佳化的綜合式主、被動節能模式，使主動式熱控機械冷 房之耗能降至最低。
考慮台灣的氣候條件、經費、可及之技術與生產供應練現況，本研究設定如下的主 被動複合式熱環境控制實驗策略: 一. 以被動設施(誘導式手法)減少冷器使用時間、二.
採高效主、被動複合式熱環境控制、三. 本土可及之主動式設備優先。以下個別詳述其 內容:
A、以被動設施(誘導式手法)減少冷器使用時間 1. 節能外殼設計:
以遮陽、隔熱外皮，減少日射熱得；以通風排除室內熱；以適當採光(導光設施)，
減少照明用電及燈具熱。
2. 採用誘導式設施延長純被動式熱控之操作時間:
以地中管降低室內熱負荷，太陽煙囪提供自然吸力，創造浮力通風之環境，減少 地中管風扇耗能。該等構法之採用，將延長純被動式熱控之操作時間，使主動冷 器設施使用時間縮短至約三個月。
B、高效主動設施與被動設施(誘導式手法)複合手法 1. 「通風換氣」與「冷傳遞」分離:
冷傳遞不需用大風量，避免馬達耗能、減少風管尺寸；同時，減少換氣冷損失。
2. 高效率冷傳遞設備:
採高效能之主動式冷房機器，如變頻分離式冷氣、輻射冷天花、FCU 等設施制冷。
3. 廢冷回收:
以必要之少量換氣、廢冷回收等系統，減少環控系統的熱損失。
4. 以被動法預冷新鮮進氣:
以地中管配合預冷空調箱(PAH)之作法預冷新鮮進氣。
C、本土可及之主動式設備優先
經由前述節能策略及成本限制、經濟效益與技術可及性之初步評估後，研究團隊 決定熱環境控制實驗所需之冷源，由兩台氣冷式冰水主機提供，至於熱泵(Heat pump)、吸收式冷機、吸附式冷機…等設施現階段不予考慮，以控制實驗成本，並將實 驗重點放於冷傳遞機、預冷、被動式措施之組合。本計劃遵守「通風換氣」與「冷傳 遞」分離之原則進行主被動綜合熱控系統之規劃：冷傳遞設備採變頻分離式冷氣、AHU、
FCU、或輻射冷天花等四種高效率設備。被動式通風機制採地中管、通風井、單邊通風、
對流通風等四種用方法，旨在排除室內顯熱，減少主動式冷機使用之時間。提供新鮮 空氣預冷或廢冷回收功能之設備考慮 PAH(預冷空調箱)、ERV（全熱交換器）等兩種(圖 22)。本研究初步設定採用之主被動複合式熱環境控制設施如下表:
淺層地熱利用(地中管) 輻射冷板 全熱交換機(ERV)
預冷空調箱(PAH) 空調箱(AHU)
變頻式分離式冷氣 氣冷式冰水主機 通風井(太陽煙囪)
圖 22、本研究考慮採用之主、被動熱環境控制設施(外殼系統未包含)
表 1、本研究所採用之主被動複合式熱環境控制設施一覽表 系統 主、被動設施
外殼系統 透氣式立面、雙層屋頂系統、可動遮陽系統、外牆隔熱系、三 段式通風開窗系統
冷源系統 氣冷式冰水主機
冷傳遞系統 分離式冷氣、AHU、FCU、輻射冷天花 預冷系統 PAH(預冷空調箱)、ERV 全熱交換器 被動系統 地中管、通風井(太陽煙囪)
二、 實驗需求:
在「台灣建築科技中心」大樓中，擬採「開放建築」思考，進行以「生活節能與環 保」為主軸的建築實驗。研究群組、研究課題、實驗內容及硬體需求與設計任務之相關 說明，請參見下表:
表 2、 「台灣建築科技中心」之研究群組、研究課題、實驗內容及硬體需求與設計任務 研究群組 研究課題 實驗內容 硬體需求與設計任務
生 活 節 能 與環保
節能設備 系統
適 合 熱 濕 氣 候 之 多 組 節 能 空 調 設 備 之 效 率 實驗
建築硬體需能容許以下多組節能設備實驗並易於更換:
1. AHU+地中管+廢冷回收 2. AHU+地中管
3. FCU+地中管+PAH 4. FCU+地中管+WRG+PAH 5. FCU+廢冷回收
6. 輻射冷板+地中管+PAH+廢冷回收 7. 輻射冷板+地中管+PAH
8. 分離式冷氣+廢冷回收 9. 地中管+太陽煙囪 節能外殼 1. 遮陽實驗
2. 導光實驗 3. 自然光模擬 4. 隔熱實驗
1. 東西向可動遮陽系統 2. 導光系統
3. 開發適合熱濕氣候之雙層立面系統 4. 室內遮光裝置以容許自然光模擬實驗 5. 斷熱帷幕牆整合實驗
通風與氣流 1. 風力通風 2. 浮力通風 3. 機械通風
1. 單、雙邊穿越性風通風實驗: 立面需有三段式開口::
上、下氣窗、中段主要窗戶。三段窗戶均要能開啟並 可分段控制及微調開口率，以進行。
2. 太陽煙囪浮力通風氣流模擬與實測 3. 機械通風氣流模擬與實測實驗
開放建築 建築計劃 開放系統規劃 分區計劃、二階段供給、彈性平面、模矩計劃、開放建材 供給
支架體研究 結構系統開發 結構系統除能經濟傳力外尚需與配管系統整合，提供充分 的涵容性
配管系統開發 配管系統需滿足各種節能設備之供給與排放需求，並容許 在最小影響下進行更動。
填充體研究 整 合 市 售 填 充 體，開發必要之 填充體及界面
1. 整合市售填充體如: 可拆組隔間、系統天花、系統高 架地板、.牆前配管、外牆系統、明管規劃…等，
2. 開發關鍵接合界面
3. 開發雙層立面系統
三、 基地與法規條件:
台科大現有校園空間由正交之校內道路劃分而成的矩形建築區塊所構成。各區塊以 建築量體圍塑出內庭空間，其與入口廣場、大草坪廣場及運動場等戶外空間藉開口及道 路相互串聯，提供校內活動多樣可能性。本案位於本校東南側後門，佔地約 100 餘坪，
原為警衛室及機車停車場所在，介於電資館、學生宿舍之間，隔基隆路四段 41 巷 68 弄 與教職員宿舍相望。基地位在校內外主要動線入口處，與校內外的可及性皆相當高。由 於本案基地範圍狹小，宜仔細考量與校區現有建築與基地兩側建物之協調性(圖 23、24)。
圖 23、 校園紋理及基地位置示意圖
圖 24、基地現況照片
基地
基地
基地 基地
斜坡道 電資館
基隆路四段41巷68弄
植栽區
宿舍 基地位置
圖 25、台灣建築科技中心外觀
圖 26、台灣建築科技中心之科技風帆意象
2. 造型計劃
本建築之造型規劃包涵下列幾個特色。第一，以「科技風帆」造型象徵本校建築科
技領航的意象。第二，風帆上半部退縮弧線滿足建築法規之削線規定，下半部退縮弧線
與二鉸拱虛化一二樓量體之設計則可降低鄰房與地面樓層之壓迫感。第三，風帆桁架為
造形元素也是結構要件，其與剪力核心共同承擔單向樓板之垂直荷重，也同時以桁架的
二力桿件抵抗水平力。第四，風帆桁架提供建築立面實驗之開放性框架，可吊掛薄膜式
太陽能光電板、沖孔遮陽板、雙層立面等各種實驗單元，進行不同類型之實驗(圖 25、26)。
3. 空間區劃
依開放建築區劃(Zoning)之方法，本計劃將使用空間按其屬性，區分成服務區、被 服務區及中性區等空間區帶，各空間明確劃分，確保各層級空間的更動獨立性。服務區 帶係服務核，置於建築後方，包含電梯、樓梯、管道間、廁所、機房等空間。被服務區 帶置於建築前方，容納未來的主要使用空間。中性區帶界於被服務區帶與服務區帶之間，
未來可彈性規劃為配管空間、走道或設備空間(圖 27)。本建物之被服務空間主要用途預 設為宿舍、研究室、教室或簡易實驗室，分佈於三樓至七樓。其他附屬空間尚有地下室 機械間、一樓入口大廳、二樓戶外展示與休閒空間及每層樓之機房、廁所、動線等服務 性空間。
由於多機能空間所對應之使用對象，可能為產學合作之相關人員、校內系所辦公、
研究人員、學生等不確定之使用者，因此無法於空間規劃上預做明確的用途設定。故本 案三樓至七樓之被服務性空間均採多元彈性模式，進行規劃，試圖藉開放建築概念之導 入，符合未來之空間使用需求。各層樓之大小與使用機能如下圖所示。
圖 27、「台灣建築科技中心」水平及垂直空間區劃
模矩計畫 (立面)
150cmX150cm 模矩 150cmX150cm 模矩
25360360400400400400400430470
+25 +0 +385 +745 +1145 +1545 +1945 +2345 +2745 +3175 +3645
(cm)
(cm) 模矩計畫 (立面)
150cmX150cm 模矩 150cmX150cm 模矩
25360360400400400400400430470
+25 +0 +385 +745 +1145 +1545 +1945 +2345 +2745 +3175 +3645
+25 +0 +385 +745 +1145 +1545 +1945 +2345 +2745 +3175 +3645
(cm)
(cm)
服務區帶
中性區帶 被服務區帶
6F 144.42㎡
住宿空間、辦公空間 研究空間、教學空間
4F 160.30㎡
辦公空間、研究空間、教學空間 3F 160.30 ㎡
辦公空間、研究空間、教學空間
2F 176.52㎡
戶外展示空間 1F 248.48 ㎡
接待大廳、室內多功能展示空間 RF 設備空間 : 太陽能設設備、冷卻塔
1B 136.92 ㎡ 機房空間 7F 136.92 ㎡ 住宿空間、辦公空間 研究空間、教學空間
5F 160.30㎡
辦公空間、研究空間、教學空間
4. 模矩計劃
本中心以整個系統的空間及實體採模矩化原則，使台系、日系、歐系、美系之建材 產品均能在此基礎上相互統合。並配合五、六樓之 U-Deck 樓板，訂定以 30CM（3M）為基 本模矩。
本案之平面模矩為 30cm X30cm 之網格規劃，其中 150cmX150cm 又可在細分為 60cm 與 30cm 之網格，此有利市售開放性填充體產品之運用，並減少裁切剩料。在建築物尺寸 上，結構模矩與空間模矩之間形成中性帶作為尺寸協調之機制。藉此平面模矩規劃可發 展多種的空間尺寸(圖 28)。
圖 28、「台灣建築科技中心」平面模矩系統
5. 平面計劃
為測試本中心系統是否能滿足原本設定「平面開放性」的目標，示範性的平面規劃 須能測試各種「內部可變性」及「外部可變性」之可能性。有鑑於此，本案的平面係以 服務核及五個 U-Deck 單元所構成。在「外部可變性」方面，利用建築物立面配合模矩分 割與外層結構體吊掛系統，可提供整合性的構件，利於陽台、露臺、維修貓道、設備空 間等等配置。在「內部可變性」方面，以模矩為單元，發展滿足住宿型、辦公型平面的 基本空間單元。然而，由於本系統之設備管線可配置於 U-Deck、系統天花與高架地板中，
並搭配可動式隔間牆於模矩線上任何位置配管，故可能的空間平面，尚有多種微調之可 能性。
本中心在辦公室的空間組織中為了更能滿足使用者的需求，空間的屬性可分為服務 與被服務空間，也隨著不同機關與辦公條件的需求，如研究室、產學合作空間、一般辦 公空間等等，空間變化也越來越多。
150cmX150cm 結構模矩 中性帶
30cmX30cm 平面模矩
基本上辦公室的型態可分為單元式辦公平面、開放式辦公平面、複合式辦公平面、
俱樂部式辦公平面四種(圖 29)。
圖 29、平面之內部可變性: 四種辦公室類型
6. 建構層級系統(支架體)
台灣建築科技中心的結構系統規劃係以風帆桁架格柵與服務核鋼骨框架為前後兩片 承重構造，單向樓板梁放置於其間。風帆桁架提供足夠的水平側向力抵抗，由於其密格 柵之構成與外置之結構，可以較小之構件斷面施作之，一來節省用鋼量，二來提升立面 之輕巧性(圖 30)。
圖 30、由四個子系統所組成的結構支架體系統
俱樂部
單元式
複合式
開放式
7. 建構層級系統(立面填充體)
本建築立面系統之構成除須考慮擋風防雨、幾何外觀、施工組裝性及造價限制外，
尚以日射熱得控制、隔熱、採光及通風排熱之需求，作為設計之重點。本建築立面之構 成可分為 A. 東南向、B. 西南向、東北向及 C. 西北向立面詳加說明(圖 31):
圖 31、立面系統圖
東南向立面為建物主要的沿街長向立面，其結構乃由三角形網狀的圓管格柵所構 成，負荷一部分樓板載重並提供長向之結構穩定，也承擔立面所有的自重與風力荷載。
立面紋理即由此三角形網狀的圓管格柵所決定。三角形單元之設計為便於使外皮的雙曲 球面展開成一個個平面之外皮立面單元，以利生產。
基於被動式節能外殼之思考，本建築東南向立面採多孔式雙層立面系統，以進行環 境控制：外層立面應用沖孔板或細網等多孔性材質控制晝光之利用，並減少內層大面開 窗立面的日射熱得。外層立面沖孔比例上小下大，以因應建物高樓層光量多及建物低樓 層光量少之特性。沖孔之作法有利於空氣流通，避免夏日熱氣蓄積於雙層立面之留空層，
進而減少內層立面的二次熱得。如此作法有別於寒帶國家全玻璃的雙層立面，呼應亞熱 帶熱濕氣候國家遮陽與通風並重之建築傳統。考慮沖孔板或細網等立面構材實驗之進
B.斷熱門窗＋
自控式遮陽捲簾系統 C.三明治板外牆系統
A.雙層立面系統
行，外層立面之構成將允許此類多孔性構材由內部進行更換、維護，以省去未來施工時 外搭鷹架之需求。由於東南向立面未來將進行多種立面圍封實驗，故建物之外觀亦將隨 實驗之進展而有不同之風貌(圖 32、33)。
圖 32、東南向立面留空層
圖 33、立面圍封實驗外觀圖
東南向立面的內層立面系統採輕量化斷熱門窗設計，以塑鋼為骨材，隔熱玻璃或市 售防水板作為填充。該立面具三段式分割：上下各有氣窗，以橫拉方式控制開口大小，
有利於單邊通風換氣。下氣窗採不透明作法，以減少日射熱得。下氣窗內、外面以市售 半成品板材封面，內置玻璃棉等隔熱材，外板採防水且熱傳係數低之材質，接縫以填縫 材密封。東南向內層立面的中段為主要之觀景、採光及通風之橫拉窗。該斷熱門窗系統 之尺寸配合結構、內裝之 150cm 的模矩，惟幕牆立面的分隔考量未來隔間之需求，故未 來隔間牆可落於立面分隔線上，必免構件間的干挌(圖 34)。
A3.格柵貓道 A1.可換殼外皮立面
A2.斷熱鋁門窗
東南向內外層立面之間尚留設一層留空層，作為維修貓道、逃生、清潔、更換實驗 器材之服務性空間，亦可用來分配、整理與隱藏外置之管線、設備。該留空層以格柵板 區隔上下樓層，一來使服務性之行為有站立或行走之空間，二來允許熱氣上排，充分流 通空氣(圖 32)。
圖 34、斷熱塑鋼門窗剖立面圖
東南向外層立面在七樓以上，繼續向上及向後延伸至屋突，與七樓屋頂形成一透氣 式雙層屋頂系統，有利於降低七樓屋之頂輻射熱得。這部分立面由於日照條件較佳，未 來擬作為太陽光電實驗之用。
西南、東北向立面亦採與東南向內層立面相同的輕量化斷熱門窗系統，然因其有東、
西曬問題，故在斷熱門窗之外尚加裝自控式外遮陽捲簾系統。該系統具一光控與風控之 偵測系統，當外光亮度超過臨界值時，遮陽捲簾自動放下，以避免過多的日射熱得進入 室內(圖 35)。當外光陰暗時，捲簾自動升起，以增強其晝光利用之效率。有鑒於外遮陽 捲簾對於強風之敏感性，乃利用風控之偵測系統進行保護。當外風風速＞5m/s 時，捲簾 自動升起，改採內遮系統，以免外遮陽捲簾受風損害。由於外遮陽捲簾系統與其自控系 統所費不貲，若預算無法配合時，本計劃將採其他替代方案，如「將遮陽百葉置於雙層 隔熱玻璃之內」…等作法因應。
斷熱塑鋼門窗立面 斷熱塑鋼門窗剖面圖
下進風
上出風
圖 35、西南、東北向立面自控式外遮陽捲簾系統作法示意
西南、東北向立面每隔兩層亦設置一層格柵型維修貓道，並作為逃生平台及遮陽之 用。
西北向立面面對電資學院大樓全面封閉之剪力牆，為本建築物服務核之主要外牆。
該立面除必要之採光、通風開口，全面封閉，採高斷熱性之三明治板構造外牆(圖 36)。
此向立面白天大部分時間均處於陰影之下，故在立面上配置進風之通風格柵，有利於引 進較為陰涼之外氣，提高熱控之效率。
西圖 36、西北向立面高斷熱性之三明治板示意圖
自控式遮陽捲
三明治板外牆
8. 主、被動複合式熱環境控制系統模式
因應台灣四季日夜溫度變動的條件下，本研究乃計劃將「氣冷式冰水主機、分離式 冷氣、AHU、FCU、輻射冷天花、PAH(預冷空調箱)、ERV 全熱交換器、地中管、通風井(太 陽煙囪)」等 9 種主被動熱控系統積木單元，組合出 15 種有節能潛力的主被動綜合式熱 控系統組合，以便進行進一步實驗，從而比較各種組合之效益，並找出最佳化的組合模 式。
一、 夏日(六、七、八月) 冷與氣分離 A. 模組一、 AHU+地冷:
大太陽、室外＞30℃: 外部開口緊閉，35℃/相對濕度 80%外氣引進，與以盤管式地 中水管 (25℃)進行熱交換。預冷至(31℃/70%)的空氣，再送至氣冷式空調主機冷卻 至 23℃出風。出風機制:EA 由房間上層空氣引至廁所出(圖 37)。
圖 37、複合式熱控系統模組一: AHU+地冷 B. 模組二、 AHU+ERV:
大太陽、室外＞30℃: 外部開口緊閉，35℃/相對濕度 80%外氣引進，經廢冷回收與 出部分回風(25℃)進行熱交換。預冷至(31℃/70%)的空氣，再送至 AHU 冷卻至 23℃
出風。出風機制:EA 由房間上層空氣引至廁所出(圖 38)。
圖 38、複合式熱控系統模組二: AHU+ERV
AHU
C. 模組三、 FCU+地冷+PAH(上下出風):
大太陽、室外＞30℃: 外部開口緊閉，35℃/相對濕度 80%外氣引進，先與以盤管式 地中水管(25℃)進行熱交換。預冷至 30℃的空氣，送至預冷空調箱(PAH)，以冰水 除濕、加冷至 23℃/相對濕度 60%，以上出風、或下出風(displacement ventilation) 模式提供必要的新鮮進氣。屋頂氣冷式主機提供 FCU 所需冰水，23℃/相對濕度 60%
出風、自循環。廢氣排風由房間上層空氣引至廁所出。
圖 39、複合式熱控系統模組三: FCU+地冷+PAH(上、下出風)
D. 模組四、 FCU+ ERV:
大太陽、室外＞30℃: 外部開口緊閉，35℃/相對濕度 80%外氣引進，先經 ERV，與 室內回風 27℃/60%進行熱與濕之交換(31℃/70%)，再送至 PAH 冷卻至 23℃/相對濕 度 60%後出風(提供新鮮進氣、必要換氣)。冷由 FCU 提供(23℃) (圖 40)。
圖 40、複合式熱控系統模組四: FCU+ ERV E. 模組五、 FCU+地中管+PAH:
大太陽、室外>30℃: 外部開口緊閉，35℃/相對濕度 80%外氣引進，先經 ERV，與室
內回風 27℃/60%進行熱與濕之交換(31℃/70%)，進入室內提供新鮮空氣(必要之換
氣量)。冷提供由 FCU 之(圖 41)。
圖 41、複合式熱控系統模組五: FCU+地中管+PAH F. 模組六、 輻射冷板+地冷+PAH:
大太陽、室外>30℃: 外部開口緊閉，35℃/相對濕度 80%外氣引進，與以盤管式地 中水管 (25℃)進行熱交換，預冷至 30℃/70%的空氣，再送至 PAH 冷卻至 23℃/相對 濕度 60%，上或下出風(提供新鮮進氣、必要換氣)。冷由輻射冷板提供。廢氣排風 由房間上層空氣引至廁所出(圖 42)。
圖 42、複合式熱控系統模組六: 輻射冷板+地冷+PAH G. 模組七、 輻射冷板+PAH+ERV:
大太陽、室外>30℃): 外部開口緊閉，35℃/相對濕度 80%外氣引進，先經 ERV，與 室內回風 27℃/60%進行熱與濕之交換(31℃/70%)，再與以盤管式地中水管 (25℃) 進行熱交換。預冷至 28℃的空氣，再送至 PAH 冷卻至 23℃/相對濕度 60%，出風(提 供新鮮進氣、必要換氣)。冷由輻射冷板提供(圖 43)。
圖 43、複合式熱控系統模組七:輻射冷板+PAH+ERV
H. 模組八、 分離式冷氣+ERV:
大太陽、室外>30℃): 冷由分離式冷氣提供。ERV 提供新鮮換氣及廢冷回收(圖 44)。
圖 44、複合式熱控系統模組八: 分離式冷氣+ERV
二、 夏夜
室外>30℃，仍開冷氣，模式同夏日。
I. 模組九、 地中管+PAH:
室外=27~30℃，地中管冷水至 PAH 預冷新鮮外氣，不足之冷由冰水主機所提供之冷 水提供之。廢氣直接由廁所浴室排風(圖 45)。
圖 45、複合式熱控系統模組九: 地中管+PAH J. 模組十三、 地中管+PAH 太陽煙囪:
室外=27~30℃，地中管冷水至 PAH 預冷新鮮外氣，不足之冷由冰水主機所提供之冷
水提供之。由太陽煙囪抽氣進行廢氣排風(圖 46)。
圖 46、複合式熱控系統模組十三: 地中管+PAH 太陽煙囪 室外<27℃，停止機械運轉，開窗，引進夜間冷卻。請參見(春秋日、夜)
三、 春秋日、夜、夏夜(涼)
K. 模組十、 風力通風/對流通風:
室外溫度 15℃~27℃，外有風: 開窗，以雙邊對流通風或單邊通風換氣及排熱，所 有關閉冷房機械設施(圖 47)。
圖 47、複合式熱控系統模組十:對流通風 (風力通風) L. 模組十一、 風力通風/單邊通風換氣:
室外溫度 15℃~27℃，外有風: 開窗，以雙邊對流通風或單邊通風換氣及排熱，所 有關閉冷房機械設施(圖 48)。
圖 48、複合式熱控系統模組十一: 單邊通風換氣
M. 模組十二、 單邊通風+太陽煙囪:
室外溫度 15℃~27℃，外無風: 開外窗，引入涼風，以太陽煙囪排風(圖 49)。
圖 49、複合式熱控系統模組十二: 單邊通風+太陽煙囪
N. 模組十三、 地中管+PAH+太陽煙囪:
室外溫度 27℃~30℃: 地中管冷水至 PAH 預冷新鮮外氣，不足之冷由冰水主機所提 供之冷水提供之。由太陽煙囪抽氣進行廢氣排風(圖 50)。
圖 50、複合式熱控系統模組十三: 地中管+PAH+太陽煙囪
四、 冬日夜及較寒冷之春秋
O. 模組十四、 地中管+PAH:
室外溫度<15℃: 白天導光入室內加熱，以 RC 樓板蓄熱，晚上拉上窗簾避免開口部 冷輻射熱交換。窗戶關閉，開地中管溫水系統，將新鮮冷外氣以 PAH 預熱，廢氣排 風(EA)由房間上層空氣引至廁所出(圖 51)。
圖 51、複合式熱控系統模組十四: 地中管+PAH P. 模組十五、 ERV:
室外溫度<15℃: 白天導光入室內加熱，以 RC 樓板蓄熱，晚上拉上窗簾避免開口部 冷輻射熱交換。窗戶關閉，以 ERV 提供必要之新鮮進氣並進行廢熱回收(圖 52)。
圖 52、複合式熱控系統模組十五: ERV
本研究針對台灣春夏秋冬、日夜各種外氣溫度條件規劃總計共:一、AHU+地冷; 二、
AHU+ERV; 三、FCU+地冷+PAH(上下出風); 四、FCU+ ERV; 五、FCU+地中管+PAH; 六、輻 射冷板+地冷+PAH; 七、輻射冷板+PAH+ERV;捌、分離式冷氣+ERV; 玖、地中管+PAH; 拾、
風力通風(對流通風); 十一、單邊通風換氣; 十二、單邊通風+太陽煙囪; 十三、地中管 +PAH+太陽煙囪; 十四、地中管+PAH; 十五、ERV 等 15 種主被動綜合熱控模組。以下茲 就季節、主被動綜合模組之構成、適用時機、操作模式等資訊表列如下(表 3)
8℃
