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研究生: 陳裕修
Chen, Yu-Hsiu
論文名稱: 複合式立面構造材料特性影響晝光效應評估研究
Evaluation of Daylighting for Material Characteristics of Compound Facade Systems
指導教授: 陳震宇
Chen, Chen-Yu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 規劃與設計學院 - 建築學系
Department of Architecture
論文出版年: 2022
畢業學年度: 110
語文別: 中文
論文頁數: 271
中文關鍵詞: 複合式立面構造系統建築材料晝光控制性能評估
外文關鍵詞: Compound Facade, Construction Systems, Construction material, Daylight control, Performance evaluation
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  • 過往建築自然採光的研究中,多半集中在建築立面形式的討論,而立面材料對於室內光環境的探討,則是以開口部的玻璃材料或遮陽板的材料做單一的討論,缺少以整體立面系統的構成進行綜合性的分析。有鑒於此,本研究以「複合式立面構造系統」的觀點分析建築立面的構成,並透過調查彙整各部件常見的材料,再透過數值模擬的方式,釐清各立面系統模組在不同材料下對室內晝光環境的影響。

    一、複合式立面構造系統的構成與晝光控制元件

    建築立面以複合式立面構造系統來看,依照其功能屬性及設置位置的差異,可分為三個層級:構造軀體部(W)、附加空間部(B)、附加設施部(S)。而立面可再依據其機能、目的及構造合理性等條件做不同的更動與搭配,以達成各項性能要求。而建築立面在依上述原則後,將各層級相互搭配組合,可得到分成單層式(W)、雙層式(W+B、W+S)及複合式三種樣態模組(W+B+S)。

    在複合式立面構造系統的構成中,具晝光控制能力的元件為構造軀體部(W)中的開口部、附加空間部(B)中的陽台與女兒牆,再來則是屬於附加設施部(S)的遮陽板。

    二、立面材料對室內晝光的影響

    在各種立面樣態模組的組合中,本研究以晝光控制元件—構造軀體部「開口型式」與「開口材料(透射率)」、附加空間部「陽台型式」、「陽台地坪材料(反射率)」與「女兒牆材料(透射率)」、附加設施部「遮陽板形式」與「遮陽板材料」等因子為變因,進行室內光環境數值模擬,以進一步釐清建築立面材料對於室內晝光的影響。

    (一) 單層式立面(一般窗)︰
    朝南向時,各組材料在夏至均可滿足室內晝光要求,但在其他時節則都呈現出高於基準值的結果;朝北向時,材料透射率在62%以上時在夏至會呈現高於基準值的結果,62%以下時則在冬至時節室內晝光會稍嫌不足。

    (二) 雙層式立面(落地窗+凸陽台)︰
    朝南向時,開口部材料透射率在54%以下各組大致可滿足室內晝光之要求;透射率54%以上時,除夏至外,各組多出現高於基準範圍之結果,此外在冬至時,各組之模擬結果亦均高於基準值範圍;朝北向時,開口部材料透射率在62%以下,夏至時可滿足室內晝光的要求,而春秋分時則需透過提高陽台地坪反射率及女兒牆透射率才可滿足,當開口部材料透射率62%以上時,春秋分大致皆可滿足室內晝光要求,但到了夏至則需選擇較低反射率之陽台地坪材料及較低女兒牆透射率之組合方可避免過多的自然光進入室內;各組合在冬至時,普遍呈現室內晝光不足的現象,只有在開口部材料透射率(74%以上)搭配女兒牆透射率(86%以上)之組合方可滿足室內晝光的需求。

    (三) 雙層式立面(落地窗+凹陽台)︰
    朝南向時,開口部材料透射率在43%~86%之間的組合大致可滿足室內晝光之要求。不過在冬至時,各組之模擬結果均高於基準值範圍;朝北向時,開口部材料透射率在86%以上,夏至時可滿足室內晝光的要求,而春秋分時則需透過提高女兒牆透射率才可滿足;開口部材料透射率86%以下時,除夏至外,各組多出現低於基準範圍之結果,此外在冬至時,各組之模擬結果亦均低於基準值範圍。

    (四) 雙層式立面(一般窗+單片遮陽板)︰
    朝南向時,春秋分與冬至時各組的平均照度均高於基準值範圍,只有在夏至時大致可滿足室內晝光的要求。朝北向時,開口部材料透射率在62%以下,夏至時普遍可滿足室內晝光的要求,而春秋分時除需選擇高則需透過提高遮陽板反射率才可提高室內之晝光率;當開口部材料透射率在62%以上時,春秋分各組皆可滿足室內晝光要求,但到了夏至則需搭配低反射率之遮陽板材料方可避免過多的自然光進入室內;各組合在冬至時,普遍呈現室內晝光不足的現象,只有在開口部材料透射率(86%以上)之組合方可滿足室內晝光的需求。

    (五) 雙層式立面(一般窗+百葉遮陽板)︰
    朝南向時,開口部材料透射率在62%以上之組合,除冬至會呈現過多自然光進入室內外,其他各時節大致可滿足室內晝光之要求;當開口部材料透射率62%以下時,冬至室內仍呈現過多晝光的結果,春秋分及夏至則需透過提高遮陽板反射率(90%以上)才可滿足室內晝光之要求。朝北向時,各組合在春秋分及冬至均呈現室內晝光不足的結果,唯開口部材料透射率在54%以上搭配較高反射率之遮陽板材料(60%以上)之組合,在夏至時各組普遍可滿足室內晝光之要求。

    (六) 複合式立面(落地窗+凸陽台+百葉遮陽板)︰
    本組合元件數最多,模擬的結果也隨著組合元件材料性質的差異而有所不同。
    朝南向時,開口部材料透射率在62%以下,春秋分可避免同時選擇陽台地坪反射率、女兒牆透射率及百葉遮陽板反射率過高之組合,以避免引入過多的自然晝光,惟此種組合下,夏至時節各組雖大致均可獲得良好之室內晝光,但冬至則遠高於室內晝光要求;朝北向時,各組合於夏至大致符合室內晝光之要求,但冬至則呈現室內晝光不足之現象,此外各組合中開口部材料透射率在62%以上,在春秋分時若搭配較高反射率之陽台地坪材料(50%以上)及較高透射率女兒牆(86%以上)與較高反射率之遮陽板材料(60%以上)之組合,則可盡量滿足室內晝光的需求。

    透過各立面元件不同材料的搭配及模擬的結果,本研究發現立面元件材料確實能改變室內晝光的採光結果。從模擬結果中來看,開口部材料確實是影響室內採光的重要因子,而透過附加空間(陽台)與附加設施(遮陽板)材料的搭配使用,也可對室內晝光環境進行一定程度的控制。

    In the past, the discussion on the indoor daylight environment of façade materials mostly focused on the glass material of the façade opening or the material of the sunshade, and seldom did a comprehensive analysis on the composition of the overall façade system.

    This study taking the trend of building materials use in Taiwan in recent years as a reference object, and analyzing the composition of facades from the viewpoint of "compound facade system",collect common forms and materials, Select materials related to the principle of daylight, establish compound facade system modules, and evaluate the impact of each module on the indoor daylight environment by means of numerical simulation.

    中文摘要 I SUMMARY IV 誌謝 VI 目錄 VII 圖目錄 X 表目錄 XII 第一章 緒論 1 1-1研究動機與目的 1 1-1-1研究動機 1 1-1-2研究目的 2 1-2研究內容與範圍 3 1-2-1研究內容 3 1-2-2研究範圍 4 1-3研究方法與流程 6 1-3-1研究方法 6 1-3-2研究流程 7 第二章 文獻探討 9 2-1立面系統 9 2-1-1立面系統的發展 9 2-1-2立面系統的構成 13 2-1-3立面系統的設計 14 2-1-4 立面的相關法規 15 2-2開口部採光相關文獻 18 2-2-1開口部相關文獻 19 2-2-2外遮陽因子相關文獻 22 2-2-3其他影響因子相關文獻 26 2-3立面材料 31 2-3-1立面材料的認識 31 2-3-2開口部與非開口部材料 32 2-4立面開口材料採光效益文獻 44 第三章 複合式立面構造系統與相關因子分析 47 3-1複合式立面構造系統定義 47 3-2複合式立面的組構層級 50 3-2-1複合式立面層級分布 50 3-2-2複合式立面層級功能屬性 51 3-2-3複合式立面層級組構模式 52 3-3複合式立面材料解析 53 3-3-1立面材料調查分析 53 3-3-2材料結果彙整分析 72 3-3-3立面部件對晝光的控制 75 3-4複合式立面材料變動因子界定 81 3-4-1構造軀體部相關因子 81 3-4-2附加空間部相關因子 82 3-4-3附加設施部相關因子 83 3-5小節 84 第四章 複合式立面模擬分析與評估效益 87 4-1光學理論探討 87 4-1-1光的基本原理 87 4-1-2住宅光環境品質 91 4-1-3建築物有效採光面積 94 4-1-4光模擬理論 95 4-1-5 小結 99 4-2模擬方法 100 4-2-1模擬軟體介紹 100 4-2-1模擬軟體操作流程 100 4-3光環境模擬層級因子設定與模擬流程 101 4-3-1固定因子設定 101 4-3-2變動因子設定 103 4-3-3模擬模組組成 106 4-3-4模擬順序說明 107 4-4光環境模擬數值效能解析 108 4-4-1單層式立面(W)採光效能分析 108 4-4-2雙層式立面(W+B)採光效能分析 113 4-4-3雙層式立面(W+S)採光效能分析 135 4-4-4複合式立面(W+B+S)各層級元件採光效能分析 146 4-5採光效能綜合分析 163 第五章 結論與後續研究建議 183 5-1研究結論 183 5-1-1具晝光控制能力複合式立面構造系統組構層級 183 5-1-2複合式立面構造系統材料特性影響室內晝光評估 185 5-2後續研究建議 190 參考文獻 191 附錄 194 附錄一 調查表設計 194 附錄二 複合式立面材料組合平均照度數據表 208

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    校外:2027-01-01公開
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