[Hui, S. C. M., 1998. Building energy efficiency standards for subtropical climates, In Li, Jiancheng, et al. (eds.), Architectural Design and Technologies for Pan-subtropical Climates, South China University of Technology Press, Guangzhou, Novermber 1998, pp. 139-144. (in Chinese with an English abstract) 許俊民,亞熱帶建築節能標準的探討,《泛亞熱帶地區建築設計與技術》,李建成等編,華南理工大學出版社,廣州,1998年11月,第139-144頁。]
 
 
亞熱帶建築節能標準的探討

許 俊 民
香港大學建築系
中國香港
電子郵件:cmhui@hku.hk  網站:http://arch.hku.hk/~cmhui


 
提要: 討論亞熱帶氣候特徵和建築節能方法,分析建築節能標準的發展與規劃,探討亞熱帶地區建築節能標準的發展方向。

關鍵詞: 亞熱帶氣候,建築節能標準。


 
目錄

1. 前言
2. 亞熱帶氣候與建築節能

2.1 亞熱帶氣候特性
2.2 建築節能要點
2.3 空調節能
3. 建築節能標準的分析
3.1 節能政策與措施
3.2 建築節能標準的發展
3.3 建築節能標準的設計
4. 總結

圖1  亞熱帶地區的粗略劃分
表1  亞熱帶地區一些現有之建築節能標準

鳴謝
參考文獻
Abstract in English

1. 前言
        建築節能對社會和經濟發展有重要的意義,可以幫助減輕大氣污染、降低經濟增長對能源的依賴[1]。 無論在世界上發達國家或發展中國家,建築節能都被視為節能工作和能源政策的重要部分[2],並且是實現可持續發展的關鍵之一。

        要推廣建築節能,政府和有關機構的循循善誘、政策指導是非常重要的[3]。 因為節能之實質得益在商業環境當中,未必能夠即時體現於發展商、設計者和投資人身上,所以往往比較困難去說服他們把節能放在較優先地位(香港的情況便是很好的例子)。 建築節能標準的出現和堀起,就是針對這些情況,鼓勵節能之建築設計和運作,保證建築具備一定水平,以免造成不必要的浪費。

        位處亞熱帶氣候的地區,尤其是發展中的國家和都市(包括我國很多城鎮),在建築節能上起步比較晚,很多方面仍有待摸索與發展。 可是它們所面對的問題其實極為嚴峻,因為隨著經濟快速發展和人民生活水平不斷提高,建築能耗的迅速增長已經使能源供應呈現緊張,同時也帶來一連串環境和社會問題。 積極推廣建築節能、建立合理的建築節能標準是刻不容緩的工作。 要把這工作攪好,可以吸取其他地區和國家的經驗,同時也需要按本身氣候特質、實際情況和經濟條件來制定合理、實效的節能標準與政策。
 
目錄

2. 亞熱帶氣候與建築節能
        建築能耗與其外部的陽光、溫度、風等自然環境有直接關係,所以研究建築節能首先要了解本身氣候的特性。

2.1 亞熱帶氣候特性

「亞熱帶氣候」是個很籠統的名詞,泛指介乎環繞赤道的熱帶與溫和寒帶兩者之間的氣候。 圖1是亞熱帶地區一個很粗略的劃分,當中包括南、北半球的亞熱帶地區,例如我國東南部、美國南部、南美洲中部、非洲北部和南端、及澳大利亞東部。 每處地方的實際天氣也會受地理、山勢、海洋和自然現象所影響而有所變化。 在氣候學裡會按乾濕程度、季候風的影響,再細分為若干氣候帶[4]

圖1  亞熱帶地區的粗略劃分
在中國的版圖上,亞熱帶是大約從北緯15度至27度左右的地區,當中包括廣東、廣西、福建、台灣,以及雲南、湖南和江西的一些地方。 若果按建築氣候區劃標準來分區[5],這些地方屬於「夏熱冬暖」及「溫和」的建築氣候區。 「夏熱冬暖」的氣候區要求建築物要充分滿足夏季防熱、通風和防雨,冬季則可不考慮防寒和保溫。 「溫和」的氣候區應滿足濕季防雨和通風,可不考慮防熱(有些地區也要注意防寒)。
氣候區劃是按應用性質而定,目前我國之建築氣候分區是根據建築熱工設計的原則,同是也間接提供了建築節能設計一些最基本的指引,並且反映在有關的建築節能標準上[6, 7]。 基於歷史和發展原因,這些指引一般針對北方較為寒冷的氣候,較為著重冬季保溫、採暖和供熱系統的設計,對炎熱地區建築節能的處理手法比較單薄、仍不夠健全。 亞熱帶建築節能需要考慮的因素,有些是跟其他氣候區無多大分別,但也有一些不太相同的地方,應該細心研究與比較,才能發揮本身地域特性和建築設計的特色。
2.2 建築節能要點
亞熱帶建築最基本的設計和佈局原則就是:適應和利用當地氣候的有利因素,改善和控制不利因素[8]。 所謂不利因素,包括炎熱的室外氣溫、猛烈的太陽輻射、潮濕的室外空氣、及難測的天雨和風暴。 怎樣有效地滿足冬季一點採暖的需求,有時候也是頗費思量的問題。 相反,亞熱帶氣候也有些特質對建築設計有一定幫助,或是具節能潛力,例如春秋季(有時包括冬季)清涼之室外氣溫、季候風通風效果、太陽資源豐富(可作日光、太陽光發電和熱利用)及晝夜輻射不同特性等。 這些優點在很多現代建築裡似乎未被重視,而人工方法(空調和電燈)便成為了控制室內環境的唯一出路。 因此,建築節能設計必須「因地制宜」,分析本身的地理環境和氣候條件,然後儘量利用自然因素和天然資源去解決設計問題。
要實踐以上原則,概括地說,需要考慮三方面的技術問題[9]
(一) 建築規劃,包括選址、佈局、型態、間隔、朝向、及建築物相互關係等。
(二) 建築設計,包括體型、圍護結構、窗戶、遮陽、建材、室內溫度和新風量等。
(三) 建築設備,包括空調、照明、電氣、給排水、升降機、炊事和燃氣等。
商業建築(例如辦公樓、旅館和購物商場)是亞熱帶城市的建築能耗大戶,而它們的建築設計、空調設備和照明系統往往是節能的關鍵所在。 若要優化建築物整體的能源效益,不單要把每個部分做好,而且更需要綜合各個環節,作出仔細分析和比較。 舉個例說,多運用日光可以減低電力照明的能耗,但同時也可能增加了空調負荷和需要改變窗戶設計,所以設計人員要分析和平衡幾方面因素才可作出明智決定。
2.3 空調節能
 隨著人們生活和物質條件提高,空調系統和技術漸漸普遍及發展起來,空調能耗佔建築總能耗的比例也越來越大[10]。 在熱帶和亞熱帶地區,人們開始重視空調節能,即使在溫帶地區人們也注意到夏季空調能耗的重要性。 空調系統在設計和運行上有很多影響能耗的因素,例如冷熱源的選擇和配置、空調方式和水系統、室溫設定和調控、新風處理方法、及熱泵和熱回收系統之應用等。 有些時候,為了對付日間電力供求的高峰(空調負荷的高峰期),還會利用蓄冷系統來「移峰填谷」,減輕電力需求急升的壓力。
 亞熱帶建築節能涉及多方面的技術問題,而且會隨著當地建築技術和組織發展起變化,所以訂立節能標準並不容易。 空調節能需要考慮的因素比較供熱採暖複雜,建築節能標準也自然相應複雜起來。 分析現有建築節能標準的發展和系統,可以幫助我們了解標準的作用和規劃方法。
前一段
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3. 建築節能標準的分析
節能標準可以起促進和示範作用,使節能工作得到重視,節能科技能夠充分應用和發展。

3.1 節能政策與措施

        建築節能的成效並非單純由一份標準或法規主宰,還要配合其他節約能源的政策與措施。 若要有效實施建築節能標準,必須明白政府引導推動力和市場機制對資源優化配置的關係[3]。 建立國家節能的法規體制、配套法律和各項標準,同時提供所需規定、指標、設計依據和技術指引等,都是規劃建築節能的先決條件。 其他相關的條例,例如節能產品和建材的檢定標準、設備和電器效率的驗證標準和節能管理法規等,也是重要的支援工具。
        亞熱帶地區包括許多發展中國家,它們的經濟背景和國家節能政策仍屬於早期發展階段,配套法規並未健全,社會的節能意識和技術水平也偏低。 它們初期的建築節能標準,其意義在於提高節能意識和關注方面,相信會比實質節能作用為大。 加強建築節能教育,培訓專業技術人員和管理隊伍,是這些地方實現建築節能的基本建設,不可忽視。


3.2 建築節能標準的發展

        綜觀近代世界上建築節能標準的發展,以美國和一些東南亞國家(例如新加坡)最為顯著[11]。 它們為亞熱帶地區提供了寶貴經驗,成為一些新興地區草擬建築節能標準時的重要參考資料(例如香港)。 表1列舉了亞熱帶地區一些現有之建築節能標準,其中以美國佛羅里達州的節能標準手法最先進。
表1  亞熱帶地區一些現有之建築節能標準
 
中國  旅游旅館建築熱工與空氣調節節能設計標準GB 50189-93 [7]
中國香港  OTTV節能標準(及正在籌備之其他建築節能標準) [12]
菲律賓  能源部建築節能指引[13]
泰國  泰國建築節能標準 [14]
牙買加  牙買加建築節能標準 [15]
美國佛羅里達州  佛羅里達州建築節能標準[16]

* OTTV = overall thermal transfer value (綜合熱傳值)。

        現今建築節能標準有兩大手法: 規限性的(Prescriptive)手法和效益為本的(Performance - based)手法。 規限性的手法設定每個單元的節能要求,例如外牆最大傳熱系數和設備最少能效比率等等。 效益為本的手法則按能耗性能指標控制,並無規定用什麼方法和材料去達成,所以建築師有較大的自由度去發揮。 早期和現今許多建築節能標準是規限性比較大的,因為實施起來較為簡單、容易。 較先進的建築節能標準會通過全面的節能效益探討,鼓勵創新、靈活和具綜合效能的建築設計。 推行這些標準最大的困難就是節能判別比較複雜和不易掌握。


3.3 建築節能標準的設計

        其實建築節能標準是有很多不同類型的,常見的標準可能以建築功能作分類,例如住宅、商業樓宇和旅館等,也有些國家分開公共(政府)建築和民用建築兩大類。 目前大多數建築節能標準都是針對新建建築而設,專為現有建築編寫的節能標準則比較少。 有些國家把標準的條文法律化,使之具有法律地位和效力,但是,在結構、用詞和條款內容上便要作適當考究才可實施。
        寒冷氣候地區的節能標準往往只針對建築保溫,未必符合亞熱帶地區的需求。 很多亞熱帶地區的夏季氣候,跟熱帶地區的相差不遠,只是熱的程度稍低和日期比較短而已。 既然彼此氣候相近,熱帶的建築設計和節能標準相信可以為亞熱帶地區所借鏡。 熱帶或亞熱帶地區的建築節能工作通常會先從商業樓宇入手,控制高層建築的空調制冷和各類建築設備,這樣比較符合和暖地區和現代化都市的建築特點。 獲得實際經驗之後,日後再把節能標準擴展到其他建築上(例如住宅建築),是順理成章的發展。
        現今建築節能標準的建立和實施,比較從前以規範性為主的標準複雜得多,很多時需要應用電腦軟件來輔助,加強靈活性和鼓勵創新的建築設計[1]。 效益為本的節能標準可能會運用電腦能效模擬技術去判別建築設計是否合乎節能要求,所以在建立標準時要同時推廣有關電腦技術的應用和普及化,使標準能夠順利推行。
前一段
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4. 總結
        亞熱帶建築節能需要考慮的因素很多,而目前有關之建築節能法規與系統還尚未健全。 研究本身建築氣候特性及節能設計條件,對於改進建築節能標準、建立具地方特色的規範十分重要。 建築節能的成效不單倚賴節能標準,而且還要配合其他節能推廣政策和措施。 分析現有建築節能標準的發展,可以幫助我們了解建築節能的規劃和設計方法。
 
目錄
鳴謝
謹此致謝孟慶林博士提供部分中國建築氣候之參考資料。
參考文獻
[1] [1] 許俊民。 建築節能與工程建設標準的探討,《97’內地與香港工程建設標準交流研討會論文集》(香港部分),1997年4月14至15日,22.1至22.10頁。
[2] Janda, K. B. and Busch, J. F.  Worldwide status of energy standards for buildings, Energy, 19 (1): 27-44, 1994.
[3] 許俊民,張國斌。 建築節能標準的宏觀分析,《建築節能》,1998 (1): 32-36。
[4] 張家誠,林之光。 《中國氣候》,明文書局,台北,1987年7月。
[5] 中華人民共和國建設部。 《建築氣候區劃標準GB 50178-93》,中國計劃出版社,北京,1994年3月。
[6] 《民用建築節能設計標準 (採暖居住建築部分) JGJ 26-95》,中國建築工業出版社,北京,1996年6月。
[7] 《旅游旅館建築熱工與空氣調節節能設計標準 GB 50189-93》,中國計劃出版社,北京,1994年4月。
[8] 林其標。 《亞熱帶建築:氣候?環境?建築》,廣東科技出版社,1997年7月。
[9] 涂逢祥,《建築節能技術》,中國計劃出版社,北京,1996年9月。
[10] 錢以明,《高層建築空調節能》,同濟大學出版社, 上海, 1990年2月。
[11] Lam, J. C. and Hui, S. C. M.  A review of building energy standards and implications for Hong Kong, Building Research and Information, 24 (3): 131-140, 1996.
[12] 陳正華。 有關香港能源效益及節約能源,《建築節能規範研討會》論文,1997年12月2至4日,香港,香港工程師學會主辦。
[13] Guidelines for Energy Conserving Design of Buildings and Utility Systems, Department of Energy, Republic of Philippines, 1993.
[14]  Chirarattananon, S. and Limmeechokchai, B.  A new building energy-efficiency law in Thailand: impact on new buildings, Energy, 19 (2): 269-278.
[15]  Jamaica Energy Efficiency Building Code (EEBC-92): Requirements for New Buildings, Additions and Retrofits Except Low-rise Residential Buildings, Jamaica Bureau of Standards, Jamaica, 1992.
[16]  1993 Energy Efficiency Code for Building Construction, Department of Community Affairs, Energy Code Program, State of Florida, Florida, USA.
目錄
Building Energy Efficiency Standards for Subtropical Climates
Sam C M Hui

Department of Architecture, University of Hong Kong
Hong Kong, China
E-mail:cmhui@hku.hk
Homepage: http://arch.hku.hk/~cmhui

Abstract

This paper discusses the characteristics of subtropical climates and their approach to building energy efficiency.  Major factors of the subtropical climates are explained and the relationship with energy-efficient building design is examined.  It is found that most countries and cities in the subtropical regions are still at an early stage of development in building energy efficiency.  More works are needed to study their building climatic properties and to promote climatic design which make greater use of natural energy resources to replace artificial air-conditioning and other building environmental systems.

To encourage energy-efficient buildings and to control their design, development of building energy efficiency standards is very important.  The development of building energy standards in the world is investigated and the strategies for planning the energy standards in subtropical regions are studied.  It is found that national energy efficiency policies and promotion strategies are important for supporting building energy efficiency standards.  Education and professional training are also critical in developing countries for ensuring that the energy standards will be implemented successfully.  The design of building energy efficiency standards should consider the procedural issues, scope of application and relevant experience in other places.  Performance-based energy standards is the trend in the future and should be promoted to encourage innovative and highly energy-efficient design in buildings.
 

Keywords: Subtropical climates; building energy efficiency standards.