研究課題 – 設計實務相關課題 Practical Works

建築設計多目的最佳化相關課題  Multi-purpose optimization of architectural design

建築設計中最重要決策都發生在前期概念設計階段,此階段的設計決策對建築性能的影響程度最大,但實務現況多僅用經驗法則進行此階段設計決策。 若將風環境、熱環境評估導入從概念設計到細部設計的實務流程,可協助建築師在各設計階段進行決策,最終選擇出風環境、熱舒適性最適切的設計方案。而在多數的研究中,只將單一分析導入建築設計進行最佳化,然建築設計是一多目的決策,需考量各式目標而非單一目標,故本研究導入多目的最佳化演算法,進行多目的最佳化,生成多目地考量後之方案建議,協助進行設計決策。

Pareto front 方案列表方案詳細資料與排名集合住宅通風潛力分析

 

既有老屋改造─風環境模擬  Wind environment simulation of existing old house renovation

「臺南市歷史街區振興補助計畫」已累積了超過一百五十件建物整修與文化經營類案例之核定補助,並實際挹注了八十餘處老屋的整修或經營。但既有老屋的改善與翻修,通常以其文化資產的特色為首要考量,較少顧慮到建築環境的健康與舒適。故進行一後續擴充計畫,以「健康居室」為主軸,針對歷年各案例資料、相關圖資與文獻進行重新整理、盤點,並挑選出街屋、合院、獨棟三種形式的老屋進行風環境模擬,並提出改善策略。期望未來能夠在符合老屋文資價值的前提下,提出多樣化的健康居室設計手法以供老屋翻修者參考。

計畫緣起與目的合院類型 - 廣域風環境分析街屋類型 - 改善前後差異

 

大山空間設計林宅設計案熱浮力通風器性能檢測  Case Study on a Wind Tower of a Row House

台灣的透天厝(連棟透天住宅)在物理環境上存在了通風與採光上的劣勢。我們與大山空間設計的負責人,也是本系兼任教師的趙元鴻老師合作進行了小住宅通風塔的開發,除了搭配CFD風場模擬與實測的驗證之外,也成功申請到中華民國專利。

趙元鴻老師設計的通風器
住宅通風量測定與氣流可視化實驗CFD風場模擬結果

 

東海大學路思義教堂熱環境調查與改善計畫  Luce Chapel Conservation Research: Investigation/Improvement of Thermal Environment

東海大學路思義教堂是台灣最具代表性的現代建築之一,但隨著經年累月的劣化,兼顧機能、文化與保存的修繕成了相當重要的課題。東海大學於2014年取得美國蓋提基金會(Getty Fundation)的經費資助,預定進行包含建築構造、結構、物環與設備等整體改善的研究。本計畫的主要目的為室內熱環境與空調系統的診斷、進行熱舒適與建築節能之改善分析,並提出改善工程之建議。

風速邊界條件與外部風場模擬結果空調出風角度的風速模擬結果

金屬擴張網 Expanded Metal Mesh

近年來,許多建築採用了金屬擴張網作為立面設計元素,除了具備視覺穿透性的美感之外,更可提供遮陽效果,或結合植栽作為立面綠化系統。根據建築物節約能源設計技術規範,可藉由穿孔型遮陽板的開口率來計算外遮陽係數Ki,評估對建築節能的效益。許多文獻指出沖孔板類遮陽板除了開口率,材料、顏色、輻射率與孔目型式均對建築外殼的節能性能造成影響。另外,金屬擴張網屬於三維的開孔型式,國外文獻亦指出這種開孔型式對特定角度的日射遮蔽效果差異相當大。

本研究團隊與上鎧鋼鐵公司建立建教合作關係,探討金屬擴張網作為建築立面開口部之外遮陽,其開孔率、開孔型式與實際遮陽效果之關係。進一步探討其對於建築耗能與室內採光之影響,利用由美國能源局DOE(Department of Energy) 贊助開發之建築耗能分析模擬軟體EnergyPlus及光線視覺化分析程式Radiance進行研究。

實驗屋-金屬擴張網遮陽性能試驗(外觀/內部)光環境數值模擬實驗屋內部

CLT木構造的室內環境品質 Indoor environmental quality of Wooden based construction for high-rise residential buildings in Taiwan

永續發展與氣候變遷越來越受重視,我國從綠建築標章、綠建材標章制度,到近年建築生命週期碳排放量(碳足跡)計算與認證都肯定使用木材對降低碳排的貢獻,但實務上仍以建築節能設計為主的方向進行。 木構造建築或者存在大量木造建築的都市可讓都市成為碳素的儲藏庫,與森林有相同的功效成為有效改善地球環境問題的關鍵。近年來,隨著木材科技的進步包含集成材、單板積層材 LVL(Laminated Veneer Lumber)、 直交積層材 CLT(Cross Laminated Timber)的出現,將木構造帶往高層化的世界,尤其是 CLT讓我們得以使用木材來取代都市建築中大量使用的水泥與鋼鐵,也讓大規模的都市高層木構造成為具體可行的目標。
國外積極進行 CLT 等新型木構造集合住宅的研究,從防火、耐震發展至室內環境品質,現場實測等用後評估的研究。我國在積極進行防火、耐震等研究的同時,極需室內環境品質的相關研究加以配合。本研究以台灣氣候下木構造高層集合住宅為對象,進行台灣既有 CLT 住宅的室內物理環境用後評估之外,更探討構造方式對室內環境品質的影響,以進行構造與材料的本土化,思考如何以台灣常用建材與構法來達到國外進口建材產品的性能。
研究成果可大幅推進台灣環境下的都市高層木構造的技術,對建築環境控制、構造以及築結構領域有所貢獻,讓未來我國產業界可完整從結構體到裝修材均完成技術的本土化,確保產業實務上的應用性。研究探討內容與目的分述如下:
(1) 進行既有 5 層樓 CLT 木構造住宅用後評估,包含音環境、熱環境與空氣環境的檢測與使用者問卷調查,以了解木構造集合住宅於實際使用上的問題。
(2) 分析 CLT木構造的壁式結構對空氣隔音與樓板衝擊音的性能,並探討各種裝修材料與緩衝材料對音環境的改善效果,以提出本土化構法策略。
(3) 探討 CLT材料(包含表面塗裝)的調濕性能,並分析對室內濕氣環境的影響,提出結合自然通風或機械通風的濕氣控制手法。

室內通風ASHRAE Standard 55 Adaptive model室內熱舒適範圍天數統計