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臺灣大型公共設施效益評估

最後更新日期:2017-07-11

中文摘要

都市因高密度的發展及人工排熱造成都市高溫化的問題,也導致建築的空調能源使用增加。過去建築能源相關之研究多以單一建築或各類屬性的多棟建築為主,缺乏都市尺度的研究,難以呈現都市建築物的能源耗用分佈面貌。本研究以台灣台中都會區為研究對象,主要目的是提出一個整合都市型態、能源消耗、居住模式、法令政策來建立都市能源地圖的方法。首先,定義建築各項變異因子之數值,利用蒙地卡羅法(Monte Carlo)產生大量的數值,再使用EnergyPlus模擬該類型全年逐時能耗,經面積加權計算出單位面積能源強度(EUI),並將之依季節及時段分成共24個EUI。最後將應用GIS軟體,以200×200m的網格將空間與能耗資訊用色塊方式呈現不同季節及時段的能耗。同時,可透過能耗地圖找出熱點承受的能源消耗壓力,以及都市高溫化的衝擊。研究的結果顯示,夏季晚上的能耗熱點則出現在住宅區,且不同的季節及時段的能源耗用分布亦有差異。因此,本研究成果可做為未來都市建築能源分區及分時段改善及管制之參考。

一、前言

都市因高密度的發展及人工排熱造成都市高溫化的問題,而為了維持室內環境的舒適度,導致建築的空調能源使用增加,進而排放更多廢熱出來,加劇都市溫度的上升,形成惡性循環。因此,對於都市能耗若能有效控制,是必可以避免或減少能源的耗用。

根據Baker和Steemers等人[1]的研究表示,建築能源的耗費應包含:氣候、都市脈絡、建築、系統及使用者。然而多數相關研究,多在單體建築上,少有從都市層面下去探討。但近年來,如韓國[2]、法國[3-4]、英國[5]等,愈來愈多的國家開始從都市尺度下去檢討各地區的能源使用。而國內對於建築能源之研究[6-10]以單一建築為主,部份則從街廓角度來研究[11-13],仍缺乏都市尺度的研究,難以呈現都市建築物的能源耗用分佈面貌。
因此,本研究以台灣台中都會區的住宅區為研究對象,主要目的建立一個可以做為評估及預測都市區域在不同時段的能源耗用方法,並依據土地使用分區建立資料庫,以便未來在規劃及設計上可以做為應用及參考。

二、研究方法與架構

如圖1所示,首先,定義模擬建築類型及各項變異因子之數值,利用蒙地卡羅法(Monte Carlo) [14]產生大量的數值,再使用EnergyPlus模擬該類型全年逐時能耗,經面積加權計算出單位面積能源強度(EUI),並將之依季節及時段分成共24個EUI。最後將應用GIS軟體,以200×200m的網格將空間與能耗資訊用色塊方式呈現不同季節及時段的能耗。同時,可透過能耗地圖找出熱點承受的能源消耗壓力,以及都市高溫化的衝擊。

三、研究成果概述

1.從表1可知夏季晚間19點後是能耗高峰期,尤其23-2點之時段EUI值達2.85kWh/m2。此外,夏季因空調的使用,整體EUI約1.5 kWh/m2以上。其次是秋季,整體EUI在1kWh/m2以上,這是因為使用空調的比率下降之原故。

2.從圖2及圖3可知住宅區能源耗用的分佈情況,可發現是受使用者行為影響。白天因外出工作而凌晨為休息時間,而耗能低。

3.圖4為台中都會區住宅區的全年總能耗地圖,圖5為住宅區的樓地板面積圖,由二張圖的比較可知顏色相較周邊區塊深的則多是有高總樓地板面積及高密度建築之區域。因此,能耗除了受使用者行為影響外,還受建築的樓地板面積大小影響。

4.圖6是以2013年台電的用電資料所會製的台中都會區各里實際EU圖,由圖可得知,台中都會區高耗能之區域主要在中區、北區、西區、東區及南區。與圖4比較可發現分佈大略相似,但因本研究目前只暫考慮住宅區之能耗,故與實際能耗分佈略有差異。

四、參考文獻

1.Carlo Ratti, Nick Baker, Koen Steemers. Energy consumption and urban texture. Energy and Building, 2005, 37, 762–776

2.In-Ae Yeo, Seong-Hwan Yoon, Jurng-Jae Yee. Development of an urban energy demand forecasting system to support environmentally friendly urban planning. Applied Energy, 2013, 110, 304–317

3.Serge Salat. Energy loads,CO2 emissions and building stocks : morphologies, typologies, energy systems and behavior. Building Research & Information, 2009, 37(5-6), 598–609

4.Atelier Parisien d’Urbanisme (APUR). Consommations d’e´nergie et e´missions de gaz a` effet de serre lie´es au chauffage des re´sidences principales parisiennes, APUR, 2007, Paris.

5.Philip Steadman, Ian Hamilton and Stephen Evans. Energy and urban built form: an empirical and statistical approach. Building Research & Information, 2014, Vol. 42, No. 1, 17–31

6.劉心蘭,公寓大廈住宅用電調查研究,成功大學碩士論文,2005

7.郭柏巖,住宅耗電實測解析與評估系統之研究,成功大學博士論文,2005

8.陳介慧,建築用電密度標準之研究,成功大學碩士論文,2009

9.李東翰,百貨商場耗能特性之研究-以百貨公司與購物中心為例,成功大學碩士論文,2012

10.陳雍雍,醫院建築耗能特性之研究,成功大學碩士論文,2012

11.王仁俊,住宅街廓用電之研究,成功大學博士論文,2005

12.陳宜群,都市商業區街廓用電調查研究,成功大學碩士論文,2006

13.甘知潔,都市街廓用電預測方法之研究,成功大學碩士論文,2009

14.Wittwer, J.W. Monte Carlo Simulation Basics, Vertex42.com, 2004 (http://www.vertex42.com/ExcelArticles/mc/MonteCarloSimulation.html#ref#ref)

五、圖表

圖 1研究方法流程圖

表 1住宅區各時段EUI

圖 2夏季中午11-14點EU分佈圖
 

圖 3夏季夜晚23-2點EU分佈圖
 

圖 4台中都會區住宅區全年總EU分佈圖

圖 5住宅區總樓地板面積

圖 6台中都會區各里全年實際EU(2013年台電用電資料)