環境規劃設計理論與實務

宏台社區獨棟住宅環境模擬評估 學生：汪明諒 指導教授：鄭明仁 陳上元 老師 日期：101/6/14

近年來隨著環保意識的抬頭，建築物耗能問題越來越受到重視，許多國家紛紛 擬定相關的標章或法令，希望藉由期改善建築之性能，達到節約能源並增進居住品 質、促成永續發展之目的。 是故，現今建築設計工作已不能僅單純考量使用機能、造型、美觀等等因素， 應更加思索如何透過建築的場址規劃、空間配置、量體設計、開窗及遮陽手法等層 面，創造舒適的室內環境。

圖1-1 各國之綠建築標章

一、議題發想

在水、電、瓦斯等元素當中，電是最容易浪費且開銷較大的能源，尤其是在夏季的使用

尖峰時段，每度電較非夏月時段高了0.96元(101年6月實施，以501~700度非營業用電為例)。

因此，如何在建築設計時導入節能手法，達到冬季保暖、夏季隔熱，以及落實日常生活中的節

能觀念，也成為了現行相當重要的研究課題。

(2012/06/08 聯合晚報)電價第一波調漲將從

（6月10日）起跑，住家每月用電度數超過330度

以上，電費都會比現在增加。如果擔心荷包失血

太多，就必須節約用電，特別是家中冷氣要節制

一些，否則電費恐怕會暴增不少。

圖1-2 聯合晚報相關報導

一、議題發想

二、設計理念

探討如何在：

適用(法規、居住行為、環境)

美觀(造型、社區簇群整體性)

省能(空調、日照遮蔭、建築表面熱輻射)

等三大原則下進行操作設計，並搭配案例的學習，採用適合本次基地環境、

建築類型、空間使用需求之獨棟住宅。

藉由Ecotect(生態建築輔助設計)軟體的輔助進行「實驗性設計學習」，將

對照模型導入Ecotect並計算量化後的耗能數據進行分析進而探討現有問題及設計手法

在節能面向上的缺點，並從中提出改善及效益分析。

獨棟 住宅

適用

美觀 省能

本學期之課程設定流程為：

議題發想

案例探討與學習

設計理念

對照模型設定

測試成果與分析

實驗模型設計

測試成果與分析

對照與比較

結論與建議

期末

期中

？

圖2-1 設計流程圖

二、設計理念

本次設計分成「實驗組」與 「對照組」來進行改造的前後與能耗的分析比較， 「對照組」組部分以上學期之「宏台社區獨棟住宅」為實驗對象，以同樣的樓地板面積、開口方向、建築物高度等條件，搭配設定之空間使用需求進行模型試驗。

玄關

臥房

廚房 餐廳

客廳

梯間

空間名稱 空間面積

臥房 24.6㎡

玄關 9.5㎡

客廳 30.15㎡

廚房 14.5㎡

餐廳 15.75㎡

一層平面圖

N

表3-1 空間需求表

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

和室

起居室

主臥

臥室 梯間

二層平面圖 N

A B

A

B

二層為居家生活空間 ，小孩房、和室、起居室 、主臥皆設有陽、露台等 半戶外空間。

空間名稱 空間面積

起居室 24.6㎡

和室 9.5㎡

臥室 30.15㎡

主臥 14.5㎡

３Ｆ儲藏室 15.75㎡

表3-2 空間需求表

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

圖4-1對照組模型逐時溫度曲線圖

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

日期設定為臺中市夏季最熱日，可以看到室外溫值最高的是在下午兩時至三時，我們即以下午兩時至三時之日照為主要探討。

14:30 am

對照組夏季最熱日陰影模擬

N S E

W

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

圖4-2 對照組模型四向陰影透視圖

圖4-3 下午兩時至三時之時均輻射量於西向牆體輻射入射量示意圖

西向

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

圖4-4下午兩時至三時之時均輻射量於南向牆體輻射入射量示意圖

南向

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

圖4-5 下午兩時至三時1F室內舒適度均值示意圖 圖4-6 下午兩時至三時之室內舒適度均值示意圖

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

位置設定：緯度 24°11′27”北 經度 120°37′05”北 海拔121m 建材設定：外牆>鋼筋混凝土造 內牆>磚造 窗>單層玻璃 空調設定：上限28°c 下限22°c，超過此範圍即使用空調進行溫控 空調空間：孝親房、客廳、餐廳、主臥室、臥室、起居室、和室。 其他設定：窗戶為半開方式(對流)、人員為四位正在靜坐中(代謝量)、穿著短褲短袖上衣(0.4clo)

圖4-7對照組模型全年空調負荷量模擬計算結果圖

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

W 48000

36000

24000

12000

0

12000

24000

36000

48000

60000

MONTH (Wh) (Wh) (Wh) ------------ -------- -------- -------- Jan 5042 333 5375 Feb 1177 348 1525 Mar 731 470 1201 Apr 0 412 412 May 0 14168 14168 Jun 0 35263 35263 Jul 0 47541 47541 Aug 0 36907 36907 Sep 0 12821 12821 Oct 0 7343 7343 Nov 479 778 1258 Dec 5003 1335 6338 ------------ -------- -------- -------- TOTAL 12432 157720 170152

Heating Cooling Total

表4-1 對照組模型全年空調負荷量統計表

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

台大綠房子-空間區劃

熱緩衝空間之運用(Thermal buffer zone)

綠房子在空間的設計上考量了節能的

需求，就室內格局部份係將空調空間配置

在核心區塊，週邊則以無空調使用需求之

空間，如車庫、儲藏室、陽光室圍繞著核

心配置，作為隔熱用途。

而一方面，建築外部也規劃了陽台、

露台、外簷廊，這些半室外空間在炎熱的

夏季可以發揮極佳的遮陽作用，減少經由

地面、牆面及窗戶吸收與透射的輻射熱。

圖5-1 綠房子一樓空間節能區劃示意圖

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

熱緩衝空間有以下特點：

• 在氣候寒冷地區係應用於建築保溫，

可有效抵禦室外低溫侵入，提升暖氣

能源使用之效率

• 在氣候炎熱地帶可用於隔熱及遮陽，

延緩室外高溫及太陽輻射熱能傳透進

入室內，以降低空調負荷達到縮減冷

氣使用耗電量之目的。

圖5-1 綠房子一樓空間節能區劃示意圖

台大綠房子-空間區劃

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

節能技術-外遮陽

技術原理與說明: 外遮陽設計在亞熱帶地區是節能最有效的方法之一，它影響整體空調耗能變動約兩成左右。例如面向仰角45度的水平遮陽板(一米窗高、一米遮陽深度)可輕易遮去68%的日射熱，而室內遮陽百葉只能遮掉17%的日射熱。 就熱濕氣候之建築外殼遮陽重點如下: (1)熱濕氣候建築外殼遮陽效果比隔熱效果好。 (2)外遮陽設施有助於減輕曰射負荷，其節能效 果對於室內發熱量大的建築物更加明顯。

表5-1 熱濕氣候建築外遮陽對空調耗能的效益分析

※資料來源：林憲德，綠建築設計技術彙編(內政部建築研究所，2006)。

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

「實驗組」模型依據「對照組」的測試成果與案例及 文獻的學習，改善了遮陽手法、空間配置等容易影響空調 負荷的因子，再次進行能耗的比較分析。

空間名稱 空間面積

起居室 28.5㎡

工作室 24.5㎡

臥室 23.8㎡

主臥 32.8㎡

３Ｆ儲藏室 16.25㎡

表6-1 空間需求表

圖6-1 「實驗組」二樓平面圖

工作室

起居室

臥室

主臥室

廁所

陽台

陽台

陽台

陽台

露 台

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

遮陽手法

增加水平遮陽

入射輻射由 1530

1100 (Wh)

圖6-2 遮陽手法設計示意圖

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

遮陽手法

增加雙層牆

入射輻射由 2540

1620 (Wh)

圖6-3 遮陽手法設計示意圖

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

測試成果-舒適度改善

圖7-1 舒適度改善示意圖

增加外遮陽

室內溫度降低

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

位置設定：緯度 24°11′27”北 經度 120°37′05”北 海拔121m 建材設定：外牆>鋼筋混凝土造 內牆>磚造 窗>單層玻璃 空調設定：上限28°c 下限20°c，超過此範圍即使用空調進行溫控 空調空間：客廳、餐廳、主臥室、臥室、起居室、工作室。 其他設定：窗戶為半開方式(對流)、人員為四位正在靜坐中(代謝量)、穿著短褲短袖上衣(0.4clo)

圖7-2 實驗組模型全年空調負荷量模擬計算結果圖

W 32000

24000

16000

8000

0

8000

16000

24000

32000

40000

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

圖8-1 實驗組模型全年空調負荷量模擬計算結果圖

W 32000

24000

16000

8000

0

8000

16000

24000

32000

40000

W 48000

36000

24000

12000

0

12000

24000

36000

48000

60000

改善過後之夏季空調用電 可降低43080(Wh)，約新 台幣243元。 (以低於28°c即開空調降溫為例)

※電價資訊以台電101年6月10日公佈之非營業隔月抄表用電為例。

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

結論與建議

本次設計課由上學期生態社區規劃之結果，取出一戶獨棟住宅作為設計 之對象，並分為改善前的「對照組」與改善後的「實驗組」藉由生態建築輔 助設計(Ecotect)進行環境模擬實驗。 改善結果指出，以台中市西屯區宏台社區三層獨棟住宅為例： １.在西向二樓之窗戶位置(面積約1.2㎡)裝設40公分之水平遮陽板可減少約 28%的太陽輻射熱。 ２.宜減少北向開窗，在東西向應避免無遮陽的開口部，又以水平及垂直遮陽 並行遮擋效果較佳，而南向立面適合使用水平遮陽。 ３.經過重新進行空間配置及遮陽設置等的「實驗組」，夏季用電(6~8月)可 降低43.08(KWh)之空調用電量，約可省下NT.243。

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

小型空調系統之節能技術

私人住戶使用之小型空調系統的 節能技術首重採用高效率之空調主機 ，其次為選用適當冷凍噸數之主機。 以下將為小型空調系統之節能技術：

(一)如何選購高效率窗型與分離式冷氣機

可依政府法規最低標準，如表5.2-1 所示，選購高能源效率比值(EER值)窗型冷氣機。EER 值愈高，則冷氣機愈省電，一般而言提高0.1，尌可節約4%冷氣機用電。

表9-1 冷窗型冷氣機能源效率比值標準對照表

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

小型空調系統之節能技術

Kcal/hr BTU/hr 噸(一般說法) 適用坪數

1600 6400 0.8 3-4

1800 7200 0.9 4-5

2000 8000 1 5-6

2500 10000 1.3 6-7

3150 12600 1.6 7-9

3550 14200 1.8 8-10

4500 18000 2.3 11-13

5600 22400 2.8 14-16

6300 25200 3.2 16-18

表9-2 冷房能力與坪數對照參考

(二)依房間大小選擇適當容量的冷氣機: 冷氣機應配合房間大小選擇適當的機種：若冷氣機容量太小時不能得到 適宜的冷房效果，太大時因自動溫度調整開關動作頻繁，使壓縮機斷續運 轉，導致室內忽冷忽熱無法維持一定溫度，冷房效果不佳且浪費電力。 選擇適當冷氣機冷凍噸數可從下列簡易公式得知: 所需噸數 = 450 仟卡/小時× 室內坪數 ÷ 3024 仟卡/小時= 0.15 × 室內坪數 1 噸=12,000 BTU/hr=3024 kCal/hr 1 坪=3.3 帄方公尺=6×6 台尺

二樓起居室所需冷氣噸數試算： 所需噸數=450Kcal/hr X 8.64 坪(28.5㎡) ÷ 3034 Kcal/hr =1.28

約為1.3噸

議 題 發 想

案 例 探 討 與 學 習

設 計 理 念

對 照 模 型 設 定

測 試 成 果 與 分 析

實 驗 模 型 設 計

測 試 成 果 與 分 析

對 照 與 比 較

結 論 與 建 議

期末 期中

小型空調系統之節能技術 (三)如何使用冷氣機 １.冷氣機的溫度設定範圍以26-28℃為宜，每調高溫度設定值1℃，約可節省冷氣 用電6~10%。對於經常進出的房間，室內溫度不要低於室外溫度5℃以上，以 免影響身體健康。 2.冷氣房內配合電風扇使用，可使室內冷氣分佈較為均勻，不需降低設定溫度即 可達到相同的舒適感，並可降低冷氣機電力消耗。 3.冷氣房內避免使用高熱負載之用具，如熨斗、火鍋、炊具等。停用冷氣前5-10 分鐘可先關掉壓縮機 (由冷氣改為送風或調高溫度設定)，維持送風換氣，則下 次再開冷氣時較省電。

散熱空間不足冷凝溫度每上升 1℃，耗電增2.5～3%

圖9-1 室外機散熱通風空間案例

散熱空間足又美觀

資料出處 聯合新聞網 http://udn.com/NEWS/NATIONAL/NAT3/7147002.shtml

台大綠房子 http://www.ecohouse.org.tw/intro/first.php

台大線上校園導覽

http://club.ntu.edu.tw/~club20885/tour_pda/museums/museum06.html

Google 地球

台灣BIM 首航—綠建築設計與BIM 實際導入經驗分享

經濟部能源局 http://www.moeaboe.gov.tw/

呂良正。建築物理環境入門(積木文化，2010) 。

今井與藏。圖解建築物理學概論(建築情報雜誌社，1995)。

陳海曙，全球濕熱氣候自然通風綠建築(詹氏書局出版地，2009) 。

汪孟欣（2009）。住宅建築利用熱緩衝空間達成之空調省電及其照明耗電之比

較研究-以台大綠房子為例。臺灣大學生物環境系統工程學研究所。

林憲德，綠建築設計技術彙編(內政部建築研究所，2006)。

參考文獻

環境規劃設計理論與實務

報告結束 感謝聆聽