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台南藝術大學誘導式建築節能效益 王瑋民* 楊金石** 王南丁** 林傳文* *：崑山科技大學電機工程系**：台電綜合研究所 ***：台南藝術大學 誘導式建築能觀念是強調以純建築設計的方式建築及空間設計，積極誘導自然力之利用，加強建築熱性能，減輕設備的省能效果。設計包括風塔、風井、風廊、雙屋頂及外牆植草隔絕輻射熱，並配合坡地地形下層空間，覆土以降低室內溫度。誘導式建築在邁向已發展國家之際，節約能源已為了必要條件，更是綠建築之重要概念。依成功大學建築研究所統計指出，台灣建築業耗能所排放之二氧化碳佔全國排放量之24.3%，因此建築節能為抑制二氧化碳減量排放之重要項目，也是因應聯合國「氣候變化綱要公約」之必要對策[1]。 建築物的生命週期長達數十年甚至百年，從建材生產、建造運輸、維修或拆除等過程都需要消耗能量，其中密切相關的建築外殼及方位等基本設計，都能改善耗能建築，使之成為節能建築。為了使建築物資源使用最少，能源消耗最小，規劃設計建築物符合「綠建築」之生態基礎、綠化、基地保水、日常節能、二氧化碳減量、廢棄物減量、水資源、污水及垃圾改善、室內環境等九大指標[2~4]。 台南藝術大學緊鄰烏山頭水庫，屬凹地地形，基地海拔62 公尺，依年度調查，夏季年風速為3.28 m/sec，風向為南向冬季則為4.28 m/sec，風向為東北北向。建築物的配置考慮校園基地氣候，為用陽光、空氣、方位、形狀等自然力所結合的節能規劃。台南藝術大學「建築研究所工作室大樓」（圖1），為一設計充分利用陽光、雨水、風力、氣溫等自然原理，減低電氣設備之能源用，設計包括風塔、風井、風廊、雙屋頂等應用[]，同時利用外牆植草隔絕室外輻射熱，並配合坡地地形下層空間，覆土以降低室內溫圖1：台南藝術大學「建築研究所工作室大樓」外觀  台灣氣候屬濕熱特性，建築室內外溫度差及太陽輻射日射量，是造成建築耗能的主要原因。就建築節能的原理而言，溫度差的節能技術為隔熱，而對日射量的節能技術就是遮陽。太陽幅射熱存留在屋頂及外牆，則可設計第二層的外皮供遮陽及遮雨。此外、建築物利用誘導式通風來形成自然誘導式冷房的效果，簡而言之，即是利用溫度差來產生熱移動，誘導氣流的形成（圖2）。 誘導式通風誘導式通風基本上可分為重力換氣及風力換氣兩種[]，重力換氣之效果常見於自然界中，傳統煙囪之設計為重力換氣之效應。重力換氣係以室、內外溫差（空氣密度差）產生之壓力差為換氣動力，即一般之冷空氣下降、熱空氣上升原理來進行換氣，參考圖2， 圖2 室內、外溫差所產生的重力換氣當室內溫度（Ti）高於室外溫度（To），該溫度差將使空氣由下方流入而由上方流出，其相交處（a點）壓力差相等，稱為中性帶，則距中性帶下方垂直距離h處點之壓力差為 （1） 其中，室外，室內空氣密度（m），若表示氣流向室內反之則流向室外當室內下方為高溫側，則室內空氣密度小於室外空氣密度（），壓力差為正值，因此室外下方較冷空氣由下進氣口進入，而室內之輕空氣就由排氣口（通風塔）逸出。 此外，因溫差而通過開口部之換氣量Q如公式(2)： m/Hr） （2） 其中 A：開口部面積m） g：重力加速度9.8 m/sec） h：開口部中心點至中性帶之垂直距離m） α：流量係數（依開口部面積，牆厚度而定） T：室外空氣溫度（°C） ：室內空氣溫度（°C） 由公式可知增加樓層高度（h）及開口部面積可增加換氣量Q，亦即可增加降溫速度。 風力換氣為利用建築物受風力作用時，建築物的迎風面之正壓及建築物的背面形成負壓，在迎風面與背風面留設適當開口即可構成風力通風，建築物m/sec。風壓如公式（3） 3） 其中 C：風壓係數（依建物型態及壁面高度而定） r：空氣密度 (/m) υ：風速(m/sec) 則建築物前後壁面產生之風壓差 （4） Cf：正壓側風壓係數 Cb：負壓側風壓係數 因風力而產生的換氣量為 （5） （6） K：開口效力係數 建築物利用自然風排熱(W)自然風量： （7） 公式(7)顯示，自然通風量需求多寡，視自然風的溫度高低及排除室內熱量多寡而定；室內、外溫差越大熱負荷的場所，所需要自然通風量越低。自然通風量受建築物外牆之通風排熱口之有效排熱面積及開口效力係數而定，較大排熱口面積及開口效力係數，利於室內熱量排出，所需要自然通風量較少，即自然風速低，仍然具有排熱效果。 另一影響自然通風量因素為風速大小風速大，通風量變大，排熱量也大當開口面積開口效力係數不變時，自然風速的大小就決定了室內排熱量。室內的空氣因太陽輻射熱侵入變得熱而稀薄，繼而