建筑节能策略与模拟.PDF

綠建築 與 建築節能策略 模擬 文‧圖／呂良正 建築物使用電力和燃料來產生冷暖氣 、照明和動力 ，約占所有二氧化碳排放量的38% 。根據內政部統 計 ，臺灣夏日空調用電約占全年用電量之40% ，因此如何降低室內溫度 ，減少空調用電 ，以達節能 減碳之目的是刻不容緩之議題 。而在眾多建築節能策略中 ，自然通風 、外牆隔熱與綠化屋頂等是成本低 且適合臺灣環境的作法 ，本文即針對此簡要說明近年本研究團隊 （參與學生包括 ：唐瑢書 、丁銘顯 、吳 昇威及李君婷）之成果 。 自然通風之建築物耗能預測系統 由於季風及地形關係 ，臺灣的通風可利用率 （環境風速達1.5m/sec以上的時間）高達40~65% 。若建 築物能妥善運用自然通風 ，在環境溫度不是特別高之下 ，可使得室內氣流速度達到舒適標準 （0.1~0.5m/ sec ），減少使用冷氣空調時間 ，此能大幅提升節能效益 。為了能定量地評估自然通風效益 ，本研究利用 計算流體力學 （CFD ）軟體搭配建築耗能動態模擬分析軟體 （DOE-2 ），建構一個完整的空調及自然通風 混合形式的分析系統 ，用以評估自然通風效益 。 一般建物耗能分析軟體 （Energy Simulation, ES ），如DOE-2 ，主要設計是用來模擬密閉式空調系統 運轉效率 ，現今的建物耗能分析軟體都未將自然通風因素納入考量 。而本團隊提出的評估系統 ，乃是先 藉由計算流體力學軟體針對建物在不同外部環境 （風速 、風向等）下來預測室內換氣率 （ACH ），再依 氣象資料 ，將逐時換氣率依當時風向及風速並搭配CFD計算結果輸入建物耗能分析程式進行分析 ，整體 分析架構如圖1所示 。 圖1：本團隊所設計之建物耗能評估系統將外部環境納入考量。 臺大校友雙月刊／ 年 月號 2012 1 7 研究發展 利用此評估系統針對臺大Insight Center的OpenLab 中 「智慧通風系統」進行運轉效益評估 ，以三個夏 日為例 （2008/7/23-25 ），其結果如圖2所示 ，可發現當不使用自然通風時 ，室內溫度超過28
百分比高達 92.1% ；但在自然通風 、智慧 （混合）通風模式 （搭配小型導風扇）下 ，室內溫度超過28
百分比可分別降 至60.4% 、46.7% 。由此可知 ，「智慧通風系統」的確能有效降低室內溫度 ，因此適當利用自然通風確實 可以大幅減少冷氣使用時機 ，達到節能之目的。 圖2：應用於評估臺大「智慧通風系統」的夏日節能效益。 再以臺大土木研究大樓為例 ，進行在空調條件下的建築耗能評估 ，選定其中的標準層樓5樓進行能耗 分析 ，並與實際運轉數據 （以20 10年為例）進行比較 ，所得結果如圖3所示 。除了寒暑假有較大誤差外 ， 其他月份與全年平均誤差均可在9.7%以下 ，由此可見以DOE-2來模擬建築耗能是非常準確的。 圖3：於臺大土木館進行耗能分析（2010）準確性高。 廣義隔熱材料節能效益評估 廣義隔熱材料 ，依其隔熱機制不同 ，分為隔熱材料與相變材料 。隔熱材料乃利用物質本身的低熱傳 8 NTU Alumni Bimonthly No.79 綠建築 導係數特性 ，阻隔熱能傳遞 ，使物體維持在某一固定溫度範圍、或延時室外溫度對於室內所帶來的效 應 ，故熱傳係數越低 ，減少熱能進出的效果越佳 。建築上常用的隔熱材料為發泡聚合物 （如發泡聚苯乙 烯 ，簡稱EPS ），其熱傳係數約為0.03~0.04 W/m˚C ，遠小於混凝土 （1.4 W/m˚C ）。 相變材料 （Phase Ch