107 地方特考三等 建築工程 建築環境控制 考古題詳解

核心觀念

本題旨在測驗應試者對於**建築生命週期管理（Building Life Cycle Management, BLCM / LCA）**在宏觀政策（低碳城市、低碳建築）與微觀實務（建築計畫及環境控制技術）兩個層面的整合應用能力。

1. 生命週期評估（Life Cycle Assessment, LCA）架構： 全生命週期碳排放涵蓋「隱含碳（Embodied Carbon）」與「營運碳（Operational Carbon）」，基本算式為： $C_{\text{total}} = C_{\text{embodied}} + C_{\text{operational}} + C_{\text{demolition}}$ 其中隱含碳包括原料開採、建材製造、運輸、施工及拆除廢棄處理；營運碳則為建築營運期間空調、照明與設備之耗能排放。
2. 法制與政策背景： 本題以命題當年（民國 107 年）法規與政策環境為準，主要核心法源與依據包括：

• 行政院環境保護署《溫室氣體減量及管理法》（民國 104 年公布施行）。
• 內政部營建署《建築技術規則》建築設計施工編第十七章「綠建築基準」（外殼耗能量 $ENVLOAD$、外遮陽基準等）。
• 行政院核定之「永續智慧城市－智慧綠建築與低碳推動方案」及我國綠建築評估系統（EEWH）。 （現行法已修正說明：主管機關已於民國 112 年將《溫室氣體減量及管理法》大幅修正並更名為《氣候變遷因應法》，正式將 2050 淨零排放入法，並推動「建築能效評估系統（BERS）」與「低碳（蘊含碳）建築評估系統（LEBC）」；解題論述仍以民國 107 年之制度架構為基底發展。）

3. 建築環境控制階層（Hierarchy of Environmental Control）： 遵循「被動式氣候調適優先（Passive Design） $\rightarrow$ 主動式高效率設備（Active Systems） $\rightarrow$ 智慧管理與再生能源整合（Renewable Energy & BEMS）」之金字塔遞進原則。

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解題方法

本題為典型的「二段式架構申論題」，答題策略應採取「宏觀戰略規劃 $\rightarrow$ 微觀技術落地」：

1. 第一部分：從生命週期管理（BLCM）切入政策實踐 以生命週期的四個核心階段——規劃設計階段、營造施工與建材生產階段、營運使用與維護階段、拆除解體與廢棄循環階段，分別提煉出「低碳城市」與「低碳建築」的核心課題（瓶頸與痛點）與發展方向（政策工具與機制）。
2. 第二部分：建築計畫環控領域技術之因應策略 由外而內、由微氣候至室內環境，劃分為三大核心軸線：

• 基地與量體的被動式微氣候調適技術（日照遮陽、自然通風、都市熱島抑制）。
• 建築外殼與物理環境優化技術（隔熱保溫、開窗採光、防眩光設計）。
• 主動式高效機電系統與能源管理技術（高能效 HVAC、變頻節能、BEMS 智慧管理、再生能源 BIPV 整合）。

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選項分析

本題為三等國家考試申論題，並無選擇題選項。在閱卷評分標準中，考生的論述常出現以下盲點與扣分陷阱，作答時須特別注意各層次之對應平衡：

• 盲點一：偏廢建材隱含碳，僅著重營運空調節能 若僅通篇論述空調與照明省電，而忽略自建材提煉、製造至施工拆除的「隱含碳」評估，將被視為缺乏「生命週期管理」之宏觀視角。
• 盲點二：混淆城市尺度與單棟建築尺度 題目要求涵蓋「低碳城市」與「低碳建築」。若未能在城市層級探討都市熱島、風道廊道、綠色網絡與低碳交通，答題深度將嚴重受損。
• 盲點三：環控技術策略空泛化 僅列出口號式名詞（如做好節能、多開窗），缺乏環控物理量（如熱傳透率 $U$ 值、遮陽係數 $\eta$、浮力通風煙囪效應、換氣次數 $ACH$ 等）之具體技術機制論述，將難以取得高分。

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解題技巧

1. 架構化標題：採用標準公務答題編號（一、 (一) 1. (1)），閱卷委員能在 30 秒內精確辨識出核心論點與關鍵字。
2. 關鍵字命中法：確保答案卷中出現生命週期評估（LCA）、隱含碳、都市熱島效應、都市風道、外殼耗能量（$ENVLOAD$）、外遮陽、自然通風浮力效應、低輻射玻璃（Low-E）、智慧建築能源管理系統（BEMS）、建築整合太陽光電（BIPV）。
3. 時間與篇幅分配：國家考試建築環境控制一題作答時間約 22～25 分鐘，擬答篇幅以試卷紙兩頁至兩頁半（約 1,200～1,500 字）為最佳飽和度。

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【答案】

一、從建築生命週期管理（BLCM）闡述我國「低碳城市」與「低碳建築」政策實踐之核心課題與方向

以建築生命週期觀點，減碳範疇必須涵蓋建材製造、施工、營運使用至拆除回收全過程。低碳城市屬於宏觀的區域基盤調適，低碳建築則為微觀的單體減碳單元，兩者於各生命週期階段的核心課題與政策方向如下：

(一) 規劃設計階段（Planning & Design Stage）

1. 核心課題：

• 都市尺度：都市高密度開發導致風道阻滯、綠地破碎化與都市熱島效應（Urban Heat Island, UHI）加劇，直接拉高全區微氣候溫度與建築空調負荷。
• 建築尺度：規劃初期缺乏碳足跡量化評估機制，設計多導向造型美觀而忽視被動式氣候因應，造成先天性的高耗能體質。

2. 政策方向：

• 低碳城市：透過都市計畫土地使用分區管制，劃設「都市通風廊道」與「生態綠網」；強制基地保水與綠覆率指標，降低不透水鋪面，緩解熱島效應。
• 低碳建築：推動綠建築標章（EEWH）落實源頭管制，並推展建築生命週期評估（LCA）制度，將低碳建築工法納入公有建築物先期規劃審查必要項目。

核心觀念

本題為建築物理環境四大領域（光、音、熱、氣候）的綜合基礎題，各小題考核的關鍵法規、原理與公式如下：

1. 日照率：日照氣候學基本定義，評估基地與建築受日照充沛程度之相對指標，涉及「實際日照時數」與「可能日照時數（可照時數）」之比值。
2. 音強及其物理單位：建築音響學中描述聲場能量的客觀物理量，牽涉波傳能量密度公式 $I = \frac{P}{A} = \frac{p^2}{\rho c}$，物理量因次為單位面積之聲功率（$\text{W/m}^2$）。
3. 明視與明視條件：建築採光與照明設計核心，探討人眼「視知覺（Visual Perception）」生理界限與外界光環境之互動，包含視覺四大要素（尺寸、對比、亮度、時間）及眩光控制。
4. 等價外氣溫度（Sol-Air Temperature）：建築外圍護結構非定常熱傳與空調熱負荷計算之等效物理量，利用熱平衡轉換將日射吸收與長波輻射折算為一假想氣溫，其計算公式為 $t_e = t_o + \frac{\alpha \cdot I}{h_o} - \frac{\epsilon \cdot \Delta R}{h_o}$。
5. 熱舒適物理環境要素：依據熱舒適理論（如 Fanger PMV 模型與 ASHRAE Standard 55），探討人體與周圍環境進行對流、輻射、蒸發等熱交換時之四大「客觀環境物理變數」（氣溫、輻射溫、風速、濕度）。

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解題方法

本題屬於標準名詞解釋與申論分析題型，解題切入點如下：

• (一) 日照率：由「時間比例」概念切入，明確給出定義公式 $S = \frac{h}{N} \times 100\%$，並分別清楚定義分子（實際觀測值）與分母（天文理論值），最後附帶說明其於建築被動節能與日照分析的物理意義。
• (二) 音強：由聲能傳播切入，先給出精準物理定義（單位時間通過垂直於傳播方向單位面積之聲能），寫出巨觀公式（功率／面積）與聲壓關係式，並給出絕對物理單位（$\text{W/m}^2$），同時區分聲強與無因次之聲強級（$\text{dB}$）。
• (三) 明視：以「迅速、正確、舒適、無疲勞地辨別目標」為核心定義，條件部分條列「對象物本體要素」（大小、對比）與「照明環境要素」（亮度、時間、無眩光、均勻度、演色性），展現完整知識架構。
• (四) 等價外氣溫度：從「外壁面熱平衡」著手，定義其為「能產生相同熱流之假想外氣溫」，列出標準計算公式，並逐一拆解公式中代表的 5 大物理影響因素（氣溫、日射量、吸收率、表面對流換熱率、長波有效輻射）。
• (五) 熱舒適物理環境要素：嚴格扣合題目之「物理環境」限制，精確列出環境四大要素（空氣溫度、平均輻射溫度、空氣流速、空氣濕度），並對應說明各要素主導之體熱散發途徑（對流、輻射、蒸發），避免誤混入人體個人要素。

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解題技巧

1. 避免觀念混淆：

• 「日照率」不是「日射量」：日照率是指「時間長短比例（無因次百分比）」，日射量是指「輻射能量密度（$\text{W/m}^2$ 或 $\text{MJ/m}^2$）」。
• 「音強」單位不可只寫分貝（$\text{dB}$）：分貝是相對值位準（級, Level），「物理單位」務必寫出 SI 單位制之 $\text{W/m}^2$。
• 「等價外氣溫度」分母為外表面熱傳達率 $h_o$，許多考生容易誤寫為熱阻或整體熱傳透率 $U$，解題時以壁面邊界條件熱平衡進行心算驗算。

2. 防漏答陷阱：

• 第 (五) 小題題目問的是「物理環境要素」，熱舒適六大變數中「代謝率（活動量）」與「衣著量」屬於人體自身之生理與行為要素，作答時主體必須放在「環境四要素」，個人兩要素僅可作為補強補充。

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【答案】

(一) 日照率之意義

1. 定義： 日照率（Percentage of Sunshine，符號以 $S$ 表示）係指在某特定統計期間內（如一日、一月或一年），受照地點的「實際日照時數」與「可能日照時數（可照時數）」之百分比。
2. 數學表示式： $S = \frac{h}{N} \times 100\%$

• $h$：實際日照時數（Actual Sunshine Duration），指太陽直達日射強度達到能投射陰影之門檻（通常為直達日射強度 $\ge 120 \text{ W/m}^2$）的實際累計照射時間，受雲、霧、雨等天候干擾。
• $N$：可能日照時數（Maximum Possible Sunshine Duration），又稱可照時數，指完全無大氣、雲層遮蔽與地形地物阻擋之全晴天情況下，自日出至日沒的理論日照總時間，純粹由當地的地理緯度與太陽赤緯（季節）決定。

3. 物理意義： 日照率為量測地區氣候特徵、採光潛力、日照遮蔭需求及太陽能利用評估的重要依據。

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(二) 音強之意義與物理單位

1. 定義： 音強（Sound Intensity，符號為 $I$），又稱聲強，是指在垂直於聲波傳播方向的單位面積上，於單位時間內所通過的聲波能量；亦即單位面積上所承受之聲功率。
2. 關係公式： $I = \frac{P}{A} = \frac{p^2}{\rho c}$

• $P$：聲功率（$\text{W}$）
• $A$：垂直傳播方向之受聲面積（$\text{m}^2$）
• $p$：有效聲壓（$\text{Pa}$ 或 $\text{N/m}^2$）
• $\rho$：空氣介質密度（$\text{kg/m}^3$）
• $c$：空氣中之音速（$\text{m/s}$）；

核心觀念

本題為建築設備領域之綜合型申論題，涵蓋「垂直交通」、「給排水衛生設備」、「電氣設備」與「防火安全（火災學）」四大子系統。各小題核心法規與學科依據如下：

1. 電梯交通計算：考查大樓昇降機運輸能力之指標（五分鐘集中率與五分鐘輸送能力之定義、公式與設計準據）。
2. 存水彎水封：依據《建築技術規則》建築設備編第二章「給水排水系統及衛生設備」之規定，考查水封之防護原理、法定有效水封深度（$50\text{ mm} \le \text{水封深} \le 100\text{ mm}$）及破壞防範（以命題當年民國 107 年法規為準；現行法規對通氣與排水標準原則一致）。
3. 不斷電系統（UPS）：考查弱電、消防防災與中央監控核心電源之配置目的，以及整流器、逆變器、蓄電池組與靜態旁路開關等四大硬體架構。
4. 給水設備規劃：考查水質衛生、水量需求、適當水壓（防噪音與水錘）、耐震可靠度及節能維護等五大基本規劃要件。
5. 燃燒要素：考查火災燃燒的化學本質，從古典物理化學之「燃燒三要素（燃燒三角形）」拓展至現代防滅火基礎之「燃燒四要素（燃燒四面體）」。

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解題方法

本題各小題配分均勻（每小題 6 分，共 30 分），解題應採「定義明確、條理分明、附帶公式與法規數據」的答題策略：

• 第 (一) 小題：分別界定兩者屬於「需求端（集中率）」與「供給端（輸送能力）」，並寫出 $HC_5$ 核心計算式，強調設計平衡準則（供給 $\ge$ 需求）。
• 第 (二) 小題：將功能（防臭、防毒氣、防害蟲）與設置規定（法定深度、雙重存水彎禁止、通氣管搭配）分段條列。
• 第 (三) 小題：明確指出「零時差切換不斷電」與「電力調節淨化」之目的，並以電力流向交代四大構成元件之轉換功能。
• 第 (四) 小題：以系統工程角度，從「水質」、「水量」、「水壓」、「安全與可靠性」、「維護與節能」等五大向度架構完整規範要件。
• 第 (五) 小題：同時列出燃燒三角形（三要素）與燃燒四面體（四要素），並結合滅火原理對應說明，展現架構完整性。

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選項分析

本題為申論簡答題，並非選擇題。各小題之應答切入點與得分要件分析如下：

• 第 (一) 小題（電梯運能）：
• 「五分鐘集中率」切入點為尖峰負載需求百分比，須點出尖峰抵達型態（如晨間上行尖峰 Up-peak）。
• 「五分鐘輸送能力」切入點為硬體系統運作能力，須列出車廂容量、往返一趟時間（$RTT$）與台數之關係。
• 第 (二) 小題（存水彎水封）：
• 功能應指出水封之物理阻隔角色。
• 規定必須明確寫出數值：有效深度 $50\text{ mm} \sim 100\text{ mm}$，並指出「不得裝設雙重存水彎」及須具備自清與清掃口。
• 第 (三) 小題（不斷電系統 UPS）：
• 目的須涵蓋「供電連續性」與「電源淨化（穩壓濾波）」。
• 構成須精準寫出四大核心組件：整流器/充電器（AC/DC）、蓄電池組（DC）、逆變器（DC/AC）、靜態旁路開關（Bypass）。
• 第 (四) 小題（給水設備規劃要件）：
• 須具備工料與系統常識，切入點不可僅寫「要有水」，必須涵蓋最不利點動水壓、最底層防超壓分區、防止逆流污染（防回流）與水質防污。
• 第 (五) 小題（燃燒要素）：
• 若僅寫三要素（可燃物、助燃物、熱能）得分偏基本；務必補足第四要素「未受抑制之連鎖反應（自由基連鎖傳遞）」，方能取得完整 6 分。

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解題技巧

1. 對比記誦法：五分鐘集中率是「人要搭車（需求）」，五分鐘輸送能力是「車能載人（供給）」，設計目標即為 $HC_5 \ge \text{集中率}$。
2. 法規數值記憶口訣：水封深度「五到十公分」（$50 \sim 100\text{ mm}$）。小於 5 公分易蒸發或破封，大於 10 公分阻力大且污物易沉積。
3. 電能轉換口訣（UPS）：交轉直（整流）、存電（電池）、直轉交（逆變）、故障切換（旁路）。
4. 給水規劃五字訣：質（衛生）、量（充足）、壓（適當）、安（耐震防逆流）、管（維護節能）。
5. 燃燒模型升級：寫完燃燒四面體後，順手帶出對應之「窒息、隔離、冷卻、抑制（負觸媒）」四種滅火原理，可向閱卷委員展現融會貫通之專業深度。

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【答案】

(一) 「五分鐘集中率」與「五分鐘輸送能力」之意義

1. 五分鐘集中率（5-minute Arrival Rate / Peak Handling Percentage）：

• 意義：指在建築物交通尖峰時刻（如辦公大樓之早晨上班尖峰 Up-peak），連續 5 分鐘內集中到達電梯大廳要求搭乘的人數，佔全棟建築物總容納人數（或尖峰搭乘總人數）之百分比。
• 用途：作為電梯交通計畫中評估尖峰運輸「需求量」的設計依據（一般辦公大樓通常設定在 $10\% \sim 15\%$ 之間）。

2. 五分鐘輸送能力（5-minute Handling Capacity, $HC_5$）：

• 意義：指電梯系統在設定之運轉條件下（含額定載重、額定速度、群控台數及往返一趟時間 $RTT$），於連續 5 分鐘內所能安全運送的乘客人數（或佔總人數之百分比）。
• 計算公式： $HC_5 = \frac{300 \times P \times N}{RTT}$ （式中，$P$ 為單台車廂實際額定載客人數，$N$ 為電梯運轉台數，$RTT$ 為往返一趟時間，單位為秒；$300$ 為 5 分鐘之總秒數）。
• 規劃準據：建築昇降設備之規劃原則為「五分鐘輸送能力必須大於或等於五分鐘集中率」（$HC_5 \ge \text{五分鐘集中率}$）。

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(二) 建築給排水設備中「存水彎水封」的功能與設置規定

(以命題當年民國 107 年《建築技術規則》建築設備編第二章規定為準；現行法規標準原則一致)

核心觀念

本題評量考生對我國《建築技術規則建築設計施工編》第十七章「綠建築基準」第一節「節約能源」條文架構與物理環境控制機制的熟練度。

依命題當年（民國 107 年）之法規設計，不同用途建築因營運型態與空調依賴程度相異，外殼節能採用「分類管制」策略：

1. 學校類建築：主要供教學使用（多屬自然通風或部分時段使用空調），空間舒適度關鍵在於避免頂樓過熱與眩光西曬，因此法規聚焦於「被動式節能」的屋頂隔熱與開窗遮陽。
2. 大型空間類建築：如體育館、展覽場、集會堂等，具備挑高大、進深廣、大跨距屋頂等特質。白天內部照明耗電量龐大，且外殼受熱面積廣，因此法規重點在於控制「屋頂與外牆傳熱」，並透過「晝光利用」引進天然光以取代日間人工照明。

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解題方法

本題為標準的法規記憶與物理意義解析型申論題，答題切入架構如下：

1. 依建築類別明確分項：分別針對「學校類建築」與「大型空間類建築」逐一條列。
2. 三維度深入闡述：每項指標均寫出「中文全稱與英文代號」、「物理定義／公式原理」及「法規管制目的」，以達到參考書級的嚴謹度。
3. 主外殼、副設備之兼備陳述：以專章特異性的「外殼節能指標」為主軸，並補充若設有空調與照明時應符合之「設備節能指標」，確保答題面面俱到。

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選項分析

本題為國家考試專業科目申論題，非選擇題，故無個別選項。作答時須注意題目要求「具體條列說明」，切忌只列出英文字母縮寫代號（如僅寫 $U_{ar}$、$\eta$），必須具備完整中文名詞、物理定義與法規目的說明。

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解題技巧

1. 分類口訣記憶：

• 學校類建築（防曬兩指標）：頂要隔熱（$U_{ar}$）、窗要遮陽（$\eta$）。
• 大型空間類建築（大殼三指標）：屋頂抗熱（$U_{ar}$）、外牆隔熱（$U_{aw}$）、天窗借光（$DLR$）。

2. 指標數值方向陷阱：

• 隔熱與遮陽指標均為「上限管制」（數值越小越隔熱、越遮陽，耗能越少）：$U_{ar} \le U_{armax}$、$U_{aw} \le U_{awmax}$、$\eta \le \eta_{max}$。
• 採光效益指標為「下限管制」（數值越大節省之照明能耗越多）：$DLR \ge DLR_{min}$。

3. 審題邊界：勿將辦公商場類的綜合指標「外殼耗能量」（$ENVLOAD$）混入學校或大型空間類，各類建築指標彼此獨立互不通用。

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【答案】

法規基準說明：本題詳解以命題當年（民國 107 年）之《建築技術規則建築設計施工編》第十七章規定為準。（現行法已於民國 108 年修正發布、110 年正式施行，針對外殼節能基準與指標體系進行了整合更新，但本題解題仍以命題當年有效法規為依據。）

根據《建築技術規則建築設計施工編》第十七章「綠建築基準」之規定，學校類建築及大型空間類建築必須符合之節能評估指標具體條列說明如下：

一、學校類建築物必須符合之外殼節能評估指標

依規定，學校類建築物（如幼兒園、各級學校之教室、實習工場等教學空間）之外殼節約能源設計，必須符合下列二項評估指標：

1. 屋頂平均熱傳透率（$U_{ar}$，Roof Average Thermal Transmittance）

• 定義與原理：指屋頂各部構造（包含透光天窗與不透光屋頂版）之熱傳透率對其面積加權後的平均值，計算式為： $U_{ar} = \frac{\sum (A_{ri} \cdot U_{ri}) + \sum (A_{sj} \cdot U_{sj})}{A_r}$ 式中 $A_{ri}$、$U_{ri}$ 為不透光屋頂各部位面積與熱傳透率；$A_{sj}$、$U_{sj}$ 為天窗各部位面積與熱傳透率；$A_r$ 為屋頂總表面積。單位為 $\text{W}/(\text{m}^2\cdot\text{K})$。