112 年 國立成功大學建築學系碩士班己組《建築物理及設備》

結露是指氣體中的水蒸氣達到飽和狀態後，凝結成液態水的現象。在建築物理中，結露通常發生在物體表面，當物體表面溫度低於空氣的露點溫度時，空氣中的水蒸氣就會在物體表面凝結成水珠。

在建築物中，結露可能發生在室內牆面、窗戶、天花板等地方，常見的原因包括：

1. 室內濕度過高：烹飪、洗澡、室內晾曬衣物等活動會增加室內濕度。
2. 通風不良：室內空氣無法有效流通，濕氣積聚。

濕球溫度（Wet-bulb temperature, WBT）是指將溫度計的感溫部包裹濕潤的布，並使其周圍空氣流通，此時溫度計所指示的溫度。濕球溫度反映了空氣的濕度以及蒸發冷卻的效果。

原理：
當空氣流過濕潤的布時，布上的水分會蒸發。蒸發是一個吸熱過程，會帶走熱量，從而使溫度計的溫度下降。空氣越乾燥，水分蒸發越快，帶走熱量越多，濕球溫度就越低。反之，空氣越潮濕，水分蒸發越慢，濕球溫度就越高。

在標準大氣壓下，當空氣達到飽和狀態（相對濕度為100%）時，水分蒸發速度趨近於零，此時濕球溫度等於乾球溫度（Dry-bulb temperature, DBT）。

熱傳導（Conduction）是熱量傳遞的三種基本方式之一（另外兩種是熱對流和熱輻射）。它指的是物質內部或物質與物質之間，透過微觀粒子的振動和碰撞，從高溫區向低溫區傳遞能量的過程，而物質本身並不發生宏觀的位移。

在固體中，熱傳導主要透過晶格振動（聲子）和自由電子的運動來進行。金屬導熱性較好，是因為其自由電子可以快速傳遞能量。在液體和氣體中，熱傳導也存在，但通常伴隨有較明顯的熱對流現象，使得純粹的熱傳導在這些介質中相對較弱。

在建築物理中，熱傳導是牆體、屋頂、窗戶等圍護結構傳熱的主要方式。建築物的熱損失或熱增益，很大程度上取決於這些材料的導熱係數（Thermal conductivity, $k$）和結構的厚度。例如，在寒冷的冬季，室內的熱量透過牆體向室外傳導，造成熱量損失；在炎熱的夏季，室外的熱量透過屋頂和牆體傳導進入室內，造成熱增益。

低輻射玻璃（Low-Emissivity glass, 簡稱 Low-E 玻璃）是一種在玻璃表面塗覆一層或多層極薄的金屬或金屬氧化物薄膜的特種玻璃。這種薄膜可以顯著改變玻璃對熱輻射的反射和吸收特性。

關鍵特性：

• 低發射率（Low Emissivity）：這是其名稱的由來。傳統玻璃的熱輻射發射率約為0.84，而Low-E玻璃的發射率可以低至0.04至0.20。這意味著它能有效阻擋由室內向外輻射的熱量（冬季）和由室外向內輻射的熱量（夏季），從而減少建築物的熱損失和熱增益。
• 選擇性透過：不同的Low-E塗層有不同的光譜選擇性。通常，Low-E玻璃能夠透過可見光，但反射近紅外線（主要是太陽輻射熱）和遠紅外線（物體發出的熱輻射）。

乾式自動噴水滅火系統（Dry pipe sprinkler system）是一種用於防止火災的自動灑水系統，主要安裝在溫度可能低於冰點的環境中，例如未受暖氣保護的倉庫、車庫、冷凍庫或寒冷地區的建築物。

系統組成與原理：

1. 管路：系統的管路（稱為乾式管路）充滿了壓縮空氣或氮氣，而不是水。
2. 乾式閥（Dry pipe valve）：這是系統的核心組件。它位於熱源（供水）和充滿空氣的管路之間。閥門由管路內的空氣壓力（或專門的壓力感測器）保持關閉狀態。
3. 灑水頭（Sprinkler heads）：與濕式系統相同，灑水頭裝有感溫元件（如玻璃泡或易熔合金）。

工作原理：

1. 火災發生時：火源產生的熱量使最近的灑水頭感溫元件熔化或破裂。
2. 空氣洩漏：灑水頭打開後，管路內的壓縮空氣或氮氣開始洩漏。

這個題目要求解釋兩個噪音相關的術語：dB(A)和NC值。

1. 噪音單位 dB(A)

• dB (分貝)：分貝（decibel, dB）是一個對數單位，用於表示聲壓級或聲強級。由於人耳對聲音的感知範圍非常寬廣，使用線性單位來衡量聲音強度會非常不便，因此採用對數尺度。例如，聲壓級的定義是：
  $L_p = 20 \log_{10} \left( \frac{p}{p_{ref}} \right) \, \text{dB}$
  其中 $p$ 是實際聲壓， $p_{ref}$ 是參考聲壓（人耳聽力閾值，約 $20 \, \mu\text{Pa}$）。

• A 權衡曲線 (A-weighting curve)：人耳對不同頻率的聲音的敏感度是不同的。在較低的聲壓級下，人耳對中頻聲音（約 1-5 kHz）最為敏感，對低頻和高頻聲音的敏感度則較低。dB(A) 是透過在測量聲音的頻率響應上加上一個「A 權衡濾波器」來模擬人耳的這種感知特性，然後再計算出的聲壓級。 A 權衡曲線在 1 kHz 附近最高，並在低頻和高頻處顯著衰減。

• dB(A) 的意義：因此，dB(A) 是指經過 A 權衡濾波器處理後的聲壓級，它更接近人耳聽到的聲音響度。常用於衡量環境噪音、交通噪音、機械設備噪音等，以反映其對人體的影響程度。例如，一般交談聲約為 60 dB(A)，汽車引擎聲約為 80-90 dB(A)。

2. 噪音評價 NC值 (Noise Criteria value)

• NC值：NC值是一種用於評估室內背景噪音水平的標準，特別是在需要安靜的場所，如辦公室、會議室、圖書館、臥室等。NC值是基於不同頻率範圍的倍頻程帶（octave band）的聲壓級來確定的。

此題要求從聯合國永續發展目標（SDGs）的17個目標中，找出與建築環境議題相關的項目，並闡述其目標與節能的關聯性。

首先，我們需要審視這17個SDGs目標，並思考哪些與建築的設計、建造、營運和維護過程息息相關。建築環境不僅包括建築物本身，也涵蓋了城市規劃、基礎設施建設以及人與環境的互動。

與建築環境議題高度相關的SDGs目標包括：

1. 目標 7：確保人人獲得負擔得起的、可靠的、永續的及現代的能源 (Ensure access to affordable, reliable, sustainable and modern energy for all)

   • 議題目標：提供普遍、可靠、永續的現代能源。
   • 節能關聯性：建築是能源消耗的大宗（約佔總能源消耗的30-40%）。實現此目標，意味著建築需要採用更高效率的能源使用方式，例如提高建築的能源效率、使用再生能源（如太陽能光電、太陽能熱水），減少對化石燃料的依賴。節能設計（被動式設計、高性能圍護結構、高效設備）是達成此目標的關鍵。

2. 目標 11：使城市和人類居住區更具包容性、安全性、韌性和永續性 (Make cities and human settlements inclusive, safe, resilient and sustainable)

   • 議題目標：發展永續的城市和人類居住區。
   • 節能關聯性：建築是構成城市和居住區的基本單元。永續的城市發展要求建築在設計、建造和營運過程中考慮能源消耗。例如，推動綠色建築、智慧建築，透過優化建築佈局、提高建築能源效率、發展低碳交通（與建築相關的城市規劃）等方式，來減少城市整體的能源消耗和碳排放。

3. 目標 13：採取緊急行動應對氣候變遷及其影響 (Take urgent action to combat climate change and its impacts)

   • 議題目標：應對氣候變遷。
   • 節能關聯性：建築活動（建造、營運）是溫室氣體排放的主要來源之一。節能是減緩氣候變遷最直接有效的方法之一。透過降低建築的能源消耗，可以顯著減少化石燃料的使用，進而減少二氧化碳等溫室氣體的排放。推動低碳建築、零碳建築、甚至負碳建築，是應對氣候變遷的重要途徑。

此題要求解釋「淨零碳排」（Net Zero）與「碳中和」（Carbon Neutral）這兩個概念，並闡述它們的區別與聯繫。這兩個概念都是為了應對氣候變遷，減少大氣中溫室氣體的濃度，但其實現途徑和嚴謹程度略有不同。

1. 碳中和 (Carbon Neutral)

• 定義：碳中和是指一個組織、活動、產品或國家，在一定時間內，透過各種方式（包括減少排放和抵銷排放），使其產生的溫室氣體（主要是二氧化碳）淨排放量為零。
• 實現方式：
  • 減少排放 (Emission Reduction)：這是首要且最重要的步驟，透過提高能源效率、使用再生能源、改善生產製程、改變交通方式等，從源頭上減少溫室氣體的排放。
  • 抵銷排放 (Offsetting Emissions)：對於無法完全避免的排放，可以透過購買碳權（Carbon Credits）來抵銷。碳權通常來自於植樹造林、再生能源項目、碳捕捉技術等，這些項目能夠從大氣中移除一定量的二氧化碳，或避免產生同等量的二氧化碳排放。
• 重點：碳中和強調的是「淨」排放為零，即「總排放量 - 移除量 = 0」。它允許通過購買碳權來抵銷排放，因此其嚴謹性與實現方式的有效性有關。

2. 淨零碳排 (Net Zero)

• 定義：淨零碳排通常比碳中和有更嚴謹的定義，尤其是在科學和國際氣候協議（如《巴黎協定》）的語境下。淨零碳排是指將人為的溫室氣體排放量，透過人為移除大氣中的溫室氣體量來實現平衡，從而使大氣中的溫室氣體濃度不再增加。
• 實現方式：
  • 極大化減少排放：這是達成淨零的首要任務，需要將所有可能的排放源的溫室氣體排放降至最低，甚至接近零。
  • 人為移除 (Human Removal)：對於無法避免的「殘餘排放」（Residual Emissions），必須透過「負排放技術」（Negative Emission Technologies, NETs）或「二氧化碳移除」（Carbon Dioxide Removal, CDR）方法來將其從大氣中移除。這些方法包括：

此題要求闡述建築設計中，如何在引入自然採光（Daylighting）的同時，有效控制日射熱負荷（Solar Heat Gain），以達到節能和提升室內舒適度的雙重目標。這兩者看似矛盾，但透過整合性的設計策略可以實現平衡。

核心挑戰：

• 自然採光：需要將室外的陽光引入室內，減少對人工照明的依賴，從而節省能源。
• 日射熱負荷：陽光同時攜帶熱量，若未能妥善控制，會導致室內溫度升高，增加空調負擔，降低舒適度。

設計對策：

1. 建築朝向與開窗配置 (Building Orientation and Fenestration Strategy)：

   • 朝向優化：將主要開窗面積配置在北向（南半球則為南向），因為北向（或南向）的陽光角度較為平緩，日射強度相對較低，且日照時間較長，有利於引入柔和的自然光，同時減少夏季正午時的直接日射。東向和西向的窗戶應盡量減少，或採取特別的遮陽措施，因為這兩個方向的日照角度低，陽光直射強烈，且進入室內時間長。
   • 窗戶大小與形狀：對於需要大量採光的空間，可以設計較大的北向（或南向）窗戶。對於東、西向的窗戶，則可設計較窄的垂直型窗戶，以限制水平射入的陽光。

2. 遮陽系統 (Shading Devices)：

   • 外遮陽 (External Shading)：這是最有效的方法，因為它能在陽光進入建築物內部前就將其阻擋。
     • 屋簷 (Overhangs)：在窗戶上方設置適當深度的屋簷，可以有效阻擋夏季高角度的太陽，同時允許冬季低角度的太陽進入。
     • 遮陽板 (Sunshades/Louvers)：水平或垂直的遮陽板，可以根據太陽軌跡的角度進行設計，阻擋直射陽光，同時允許部分光線漫射進入。
     • 百葉窗 (Blinds/Shutters)：可調式百葉窗（內外皆可）能靈活控制光線和熱量進入。
     • 遮陽幕牆 (Screen Facades)：採用穿孔板、格柵等作為外牆裝飾，既能提供遮陽，又能引入漫射光。
   • 內遮陽 (Internal Shading)：如窗簾、百葉窗，雖然不如外遮陽有效（陽光已進入室內），但仍能提供一定的輔助遮擋效果，並方便使用者調整。

3. 玻璃選擇與處理 (Glazing Selection and Treatment)：

   • 低輻射玻璃 (Low-E Glass)：如前所述，Low-E 玻璃能反射部分熱輻射，有效降低日射熱負荷，同時仍能讓可見光進入。

此題要求簡述建築設計中的強電系統與弱電系統，並可透過系統昇位圖或條列方式呈現。這兩個系統是建築物正常運作不可或缺的基礎設施。

1. 強電系統 (Power System / Electrical System)

• 定義：強電系統是指為建築物提供電力供應、處理高電壓（通常指 600V 以上，但一般建築中指 110V/220V/380V 等較高電壓）的電氣設備和線路。其主要目的是安全、可靠地將電力從外部電網或自發電源輸送到建築物內的各種用電設備。
• 主要組成部分：
  • 進線與變電設備 (Incoming Power Supply & Transformer)：從外部電網引入電力，可能需要透過變壓器將電壓轉換為建築物所需的電壓等級。
  • 配電盤 (Distribution Panel / Switchboard)：將電力分配到建築物各個區域或樓層，並提供過載和短路保護（如斷路器）。
  • 電纜與線槽 (Cables & Cable Trays)：傳輸電力的導線及其保護裝置。
  • 照明設備 (Lighting Fixtures)：提供室內外照明。
  • 插座與電源插孔 (Receptacles & Outlets)：供一般電器使用。
  • 動力設備 (Power Equipment)：如電梯、空調主機、消防水泵、排風機等，這些設備通常消耗較大功率。
  • 緊急電源系統 (Emergency Power System)：如發電機、UPS（不斷電系統），用於在主電源中斷時，為關鍵設備（如消防、緊急照明）提供電力。
• 功能：提供建築物運作所需的所有電力，包括照明、空調、電梯、電器、消防、安防等基礎動力。
• 設計考量：安全性（防止觸電、火災）、可靠性（穩定供電）、負載計算、節能設計（如照明調光、高效設備選用）。

2. 弱電系統 (Low-Voltage System / ELV System - Extra-Low Voltage System)

• 定義：弱電系統是指處理低電壓（通常指 60V 以下，或稱為「安全電壓」）的電氣設備和線路。這些系統的電流和電壓都較低，主要用於資訊傳輸、通訊、監控、自動控制等功能，而非直接提供動力。
• 主要組成部分：
  • 通信系統 (Telecommunication Systems)：
    • 電話系統 (Telephone System)
    • 網路系統 (Data Network / LAN)
    • 無線網路 (Wi-Fi)
  • 訊號系統 (Signal Systems)：
    • 監控系統 (CCTV / Surveillance System)
    • 門禁與對講系統 (Access Control & Intercom System)
    • 火警警報系統 (Fire Alarm System)
    • 廣播系統 (Public Address System)
    • 防盜與保全系統 (Security & Intrusion Detection System)
  • 自動控制系統 (Building Automation System, BAS / Building Management System, BMS)：
    • 照明控制 (Lighting Control)
    • 空調與環境控制 (HVAC Control)
    • 能源監控 (Energy Monitoring)