111 年 國立臺灣大學生物環境系統工程學系碩士班乙組《建築環境控制》

本題主要在測試考生對建築環境控制基本名詞的理解程度，涵蓋建築物理、綠建築、都市規劃及照明等面向。

(1) 構造熱質量效應 (Thermal Mass Effect)
熱質量效應是指建築材料（如混凝土、磚石、厚牆等）儲存和釋放熱能的能力。具有高熱質量的材料可以吸收白天建築物內外的多餘熱量，並在夜間或溫度較低時將這些熱量釋放出來，從而有助於穩定室內溫度，減少對主動式空調系統的依賴。

• 原理： 依據熱傳導定律，材料的熱容（比熱乘以密度）越高，其儲存熱能的能力越強。
• 節能應用： 在日夜溫差大的地區，可利用夜間涼爽空氣對高熱質量結構進行「熱載入」(thermal charging)，白天再利用其釋放的冷量來降低室內溫度。在日照強烈的地區，可透過外部遮陽與高熱質量結合，延緩熱量進入室內。

(2) 淨零能源建築 (Net-Zero Energy Building, NZEB)
淨零能源建築是指建築物在一個年度的總能源消耗量，等於其在建築基地上或附近所生產的再生能源總量。這類建築的目標是透過高效率的能源使用和再生能源的生產來達到能源的自給自足，甚至對電網有所貢獻。

• 核心概念： 能源效率 (Energy Efficiency) 與再生能源生產 (Renewable Energy Generation) 的平衡。
• 達成方法：
  • 被動式設計： 良好的隔熱、氣密性、自然採光、遮陽等，以降低能源需求。
  • 高效率設備： 使用節能的空調、照明、電器等。
  • 再生能源系統： 安裝太陽光電板 (PV)、太陽能熱水器、風力發電機等。
  • 智慧能源管理： 監控與優化能源使用。

(3) 都市微氣候 (Urban Microclimate)
都市微氣候是指都市地區相較於周邊鄉村地區，因人類活動、建築物聚集、鋪面材料等因素而形成的獨特且局部的氣候條件。其主要特徵是「都市熱島效應」(Urban Heat Island Effect)，即市區溫度顯著高於郊區。

• 成因：
  • 人為熱源： 交通、工業、空調外氣、人體散熱等。
  • 建築物與鋪面： 建築物遮擋風，減少植被蒸散；瀝青、混凝土等鋪面材料吸收和儲存大量太陽輻射。

本題主要在測試考生對於亞熱帶熱濕氣候特性的理解，以及如何運用建築被動式設計手法來降低能源消耗。亞熱帶熱濕氣候的特點是全年高溫、高濕，日照強度大，且常有強降雨。

亞熱帶熱濕氣候下的建築被動式設計手法與節能原理：

在亞熱帶熱濕氣候下，主要的挑戰在於如何有效散熱、降低濕度，並避免過度日照。被動式設計的目標是盡可能利用自然條件來達成舒適的室內環境，減少對機械設備（如空調、除濕機）的依賴。

舉例說明：

1. 高效率的通風設計 (Effective Ventilation Design)：

   • 手法：
     • 自然通風： 透過建築開口（窗戶、門、通風口）的合理佈局，利用風壓差和熱壓差促進空氣對流，將室內熱空氣排出，引入室外較涼爽的空氣（若室外溫度低於室內時）。例如，採用「穿堂風」設計，使氣流能貫穿整個建築物。
     • 煙囪效應 (Stack Effect)： 在建築物內部設計高聳的空間或通風井，利用熱空氣上升的原理，將室內暖濕空氣導向高處排出，並在較低處引入新鮮空氣。
     • 機械輔助通風： 在自然通風不足時，輔以低能耗的風扇（如吊扇）來增強空氣流動，加速人體表面汗液蒸發，提高體感舒適度。
   • 節能原理：
     • 散熱： 透過空氣交換，將室內積聚的熱量帶走。
     • 降低濕度： 促進濕空氣排出，有利於人體散熱。
     • 體感降溫： 加速蒸發冷卻效應，即使室內溫度不變，也能讓人感覺更涼爽，從而延緩或減少空調的使用。

2. 有效的遮陽與防曬 (Effective Shading and Solar Control)：

   • 手法：
     • 建築物朝向與配置： 將建築物的主要開口（尤其是西向）避開強烈的午後日照，或減少其面積。
     • 外部遮陽構件： 設計屋簷、陽台、遮陽板 (louvers)、格柵 (brise-soleil) 等，在夏季太陽高度角較小時，能有效阻擋直射陽光進入室內。
     • 植栽綠化： 在建築物周圍種植樹木或攀爬植物，提供自然的遮蔭，同時透過蒸散作用降低周邊溫度。
     • 高反射率外牆與屋頂： 採用淺色、高反射率的塗料或材料，減少建築外表面吸收太陽輻射的熱量。

本題旨在探討熱舒適的定義、影響因素，以及如何在建築節能設計中運用這些因素來達成熱舒適。

1. 熱舒適的定義 (Definition of Thermal Comfort)
熱舒適是指一種主觀的感覺，表示一個人對其周圍熱環境的滿意狀態，沒有感覺過冷或過熱。它是一種心理感受，由生理和心理因素共同決定。

2. 影響人體冷熱感覺的因子 (Factors Affecting Human Thermal Sensation)
影響人體冷熱感覺的因子可以分為兩大類：環境因子和個人因子。

• 環境因子 (Environmental Factors):

  • 空氣溫度 (Air Temperature, $T_a$)： 周圍空氣的溫度。
  • 平均輻射溫度 (Mean Radiant Temperature, $T_{mrt}$)： 周圍表面（牆壁、窗戶、天花板、地板、家具等）的平均溫度。人體透過輻射交換熱量。
  • 空氣相對濕度 (Relative Humidity, RH)： 空氣中水蒸氣的含量。高濕度會阻礙汗液蒸發，使人感覺更熱。
  • 氣流速度 (Air Velocity, $v$)： 空氣的流動速度。適度的氣流有助於蒸發冷卻，提高舒適度，但過強的氣流可能導致不適（風寒效應）。

• 個人因子 (Personal Factors):

  • 活動量 (Metabolic Rate, $M$)： 人體活動產生的熱量。活動量越高，產生的熱量越多，感覺越熱。單位通常為 met。
  • 衣著熱阻 (Clothing Thermal Resistance, $I_{cl}$)： 衣服提供的保暖程度。衣著越厚，熱阻越高，越保暖。單位通常為 clo。

3. 建築節能設計手法與熱舒適的關聯 (Architectural Design Strategies for Thermal Comfort and Energy Saving)
建築節能設計常透過優化上述因子來達成熱舒適，從而減少對機械系統的依賴。

• 改變空氣溫度 ($T_a$) 與平均輻射溫度 ($T_{mrt}$)：
  • 手法：
    • 良好的隔熱 (Insulation)： 建築外殼（牆壁、屋頂）使用高隔熱材料，減少室內外熱量交換，使室內溫度更穩定，不易受外部高溫或低溫影響。這同時影響 $T_a$ 和 $T_{mrt}$。
    • 外部遮陽 (External Shading)： 設計屋簷、遮陽板、格柵等，阻擋夏季直射陽光，降低窗戶和牆壁的表面溫度，進而降低 $T_{mrt}$。

本題主要在測試考生對台灣現行綠建築評估系統（EEWH）的認識，包括其評估面向、各面向下的指標，以及指標的具體內容。

台灣現行綠建築評估規範： EEWH (Excellence in Energy and Environmental Design)

EEWH 是由台灣綠建築發展協會（Taiwan Green Building Council）所發展的綠建築標章評估系統。其評估涵蓋了建築物對環境影響的各個層面，旨在推動永續建築的發展。

評估面向與指標：

EEWH 的評估主要分為七個面向，每個面向下設有不同的指標。

1. 廢棄物 (Waste, W)

   • 核心目標： 鼓勵減少營建廢棄物產生，並促進資源回收再利用。
   • 評估指標：
     • W1 營建廢棄物減量： 評估建案在施工過程中，廢棄物（依種類區分）的產生量是否低於標準值。
     • W2 營建廢棄物回收再利用： 評估建案在施工過程中，可回收再利用的廢棄物（如混凝土、磚塊、金屬、木材等）比例是否達到標準。
     • W3 綠建材使用率： 評估建案所使用的綠建材（如環保標章、健康綠建材等）佔總建材比例。
   • 評估要項： 需提交施工計畫書、廢棄物處理計畫、廢棄物統計資料、綠建材採購證明等。

2. 水資源 (Water, Wa)

   • 核心目標： 鼓勵建築物節約用水，並妥善處理與回收水資源。
   • 評估指標：
     • Wa1 省水器具使用： 評估建案是否採用省水標章的衛浴設備（如馬桶、水龍頭、蓮蓬頭）。
     • Wa2 雨水收集與利用： 評估建案是否有設置雨水收集系統，用於澆灌、沖廁等。
     • Wa3 中水回收與利用： 評估建案是否有設置中水（生活雜排水處理後）回收系統，用於沖廁、澆灌等。
     • Wa4 綠化澆灌用水： 評估綠化區域的澆灌系統設計，是否有效節約用水。
   • 評估要項： 需提供省水器具證明、雨水/中水系統設計圖與計算書、實際水量統計等。

3. 日常節能 (Energy, E)

   • 核心目標： 鼓勵建築物提高能源使用效率，減少能源消耗。
   • 評估指標：
     • E1 建築隔熱性： 評估建築外殼（牆、屋頂）的隔熱性能，通常以熱傳透率 (U值) 或熱阻 (R值) 來衡量。
     • E2 建築日照節能： 評估建築物對自然採光的利用效率，如開窗面積、採光深度，以及是否設置有效遮陽。
     • E3 建築通風節能： 評估建築物自然通風的設計，以及是否能有效降低室內溫度。
     • E4 節能照明設備： 評估照明系統的能源效率，如光源效率、燈具效率，以及是否採用照明控制系統。
     • E5 節能空調設備： 評估空調系統的能源效率，如 EER、COP 值，以及是否採用變頻技術或熱回收系統。
     • E6 綠色能源使用： 評估建案是否採用再生能源，如太陽光電、太陽能熱水器等。