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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