第三章 建物室內通風最佳化決策模式
第一節 以體感溫度為基礎之室內通風決策模式
一般而言，透過室內自然通風不僅可交換室內外空氣，以換氣的方式 將室外新鮮空氣帶入室內；另一方面亦可引進室外氣流，帶動室內空氣流 動，營造一有風場之舒適環境。前者換氣之成效關鍵在於換氣率大小，後 者舒適度則不僅需考量風速大小，亦需兼顧環境溫溼度等相關參數而定。
而換氣率僅提供室內氣體更新速度，屬於整體空間指標，無法呈現風速對 於改善熱舒適性的良窳。此外，空氣交換率在通風口全開狀況下即可達到 最佳效率，並無需考量外部風場作為建築開窗方式之選擇，故本研究以舒 適度為主要室內自然通風之決策目標，並據以擬定決策模式，並提供各通 風決策之換氣率資訊，使使用者了解當下合適之室內通風決策訊息。為此，
本案建物室內通風最佳化決策模式將從「體感溫度」及「PMV 熱感舒適度 指標」兩種影響室內空間舒適度之角度，分別建立可行之室內通風最佳化 決策模式。
第一節 以體感溫度為基礎之室內通風決策模式
根據研究之發想及目的，本研究以實時室外風場、實時室內環境溫溼 度值及 CFD 分析模擬所得之室內風速等資料，綜合判斷出合適之室內自然 通風開窗配置。圖 3-1 為利用體感溫度作為判斷依據所擬定之情境分析圖。
圖中，通風方式分為「自然通風」及「機械通風」兩種，而通風目的則包 括增溫及降溫兩種。根據自然通風最低體感溫度(Tmin)、無通風下之體感溫 度(T0)、目標體感溫度(Tt)及當前體感溫度(Tr)，可將室內通風情境非為：
「自然通風-降溫(情境 A)」、「機械通風-降溫(情境
B)」、「部分閉窗-增溫(情境 C)」及「機械通風-B)」、「部分閉窗-增溫(情境 D)」等四大類。
圖 3-1 中，當目標體感溫度(Tt)低於當前體感溫度(Tr)，且兩體感溫度 都高於自然通風最低體感溫度(Tmin)時(情境 A)，表示可透過自然通風帶提 升室內風速，達到降低體感溫度的目標。而當目標體感溫度(Tt)低於自然通 風最低體感溫度(Tmin)時(情境 B)，表示無法單獨透過自然通風方式降溫，
故需搭配機械通風進行進一步降溫。此外，當目標體感溫度高於當前體感 溫度卻低於無通風體感溫度(T0)時(情境 C)，則表示目前開窗狀態下的風速 過高，應稍微降低室內風速，故僅需配合當下外部風場狀況搭配較低室內 平均風速之開窗模式於以調節即可。最後，當目標體感溫度高於當前體感 溫度及無通風體感溫度時(情境 D)，則表示開窗狀態下將造成人員感到寒 意，故需透過全部關窗及機械增溫的方式提供舒適之室內環境溫度。
圖 3-1 以體感溫度為基礎之室內通風情境分析圖 資料來源：本研究繪製
為實現圖 3-1 之情境，本研究擬訂圖 3-2 之最佳化自然通風配置評估 流程。首先根據即時測得之室外風速(V)及風向(D)，從 CFD 模擬分析的結 果中求得室內自然通風最低體感溫度(Tmin)，並同時估算無通風下之體感溫 度(T0)；再根據當下之室內窗口(通風口)之開關狀態(Si)，估算室內當前之
體感溫度(Tr)。在求得 Tmin及 Tr之後，若 Tr高於建物使用人所設定的目標 體感溫度(Tt)( Tr≧Tt)，則可進一步考慮目標體感溫度(Tt)是否高於當時室 外風場下之最低體感溫度(Tmin)，若 Tt≧Tmin，且當時室外的懸浮微粒濃度 低於健康門檻值，則可使用自然通風之方式使室內體感溫度下降至 Tt。反 之，若當下都不符合上述狀況，則表示自然通風無法滿足目標體感溫度，
或室外空氣環境不佳，建議採用機械通風。然本研究以自然通風機制為主 要研究對象，以下將僅就自然通風之評估方式進行研究與系統建立，機械 通風之細部決策機制將不包含於本研究範圍中。根據圖 3-2 判斷流程，以 下將就其中的「室內最低體感溫度(Tmin)估算方法」、「室內即時體感溫度 (Tr)估算方法」、「室內無通風體感溫度(T0)估算方法」及「室內最佳開窗 配置推估方法」進行說明：
圖 3-2 最佳化自然通風配置評估機制 資料來源：本研究繪製
Tr ≧ t Start
Stop
No
Ye s
Tt ≧ min No
No Ye s
Ye s
Tt ≧ 0 Ye s
No
Ye s
一、室內最低體感溫度(Tmin)估算方法
為達到以自然通風方式提供舒適居住空間之目標，必須先得知建築物 在當時外部風場下，所能導入的最大風量及其為室內環境所能造成的影響。
為此，在考量以 CFD 模擬分析為基礎依據的前提下，本研究擬定由外部風 場之風速及風向為輸入值(input values)，從 CFD 模擬所得之結果中匹配求 得該外部風場下之室內最大通風速率(Ûm)，進而求得其對應的室內最低體
利用實時外部風場資訊量測裝置(詳第 4 章)，取得即時之室外風速值(V) 及室外風向(D)。根據室外風速及室外風向，將可判斷最大室內通風速率 (Ûm)。此最大室內通速率也代表該建築物空間在當下室外風場下，所能導 入之最大風量，故而可根據 Ûm求得最低體感溫度及對應之最大換氣率。
Step2. 推估最大室內通風速率(Ûm)
以所測得之實時室外風速(V)及風向(D)值為輸入值，從該建物室 64 組 CFD 模擬分析結果中搜尋出該風速及風向下所對應之最大室內通風速率 (Ûm)。
Step3. 取得室內溫濕度值
利用實時室內通風環境量測裝置(詳第 4 章)，取得即時之室內氣溫(ti) 及相對濕度(hi)。
Step4. 計算最低體感溫度
利用步驟 2 所求得之最大室內通風速率(Ûm)及步驟 3 之室內溫度(ti)及 相對濕度(hi)，透過公式 3-1 及公式 3-2 求得該室外風場下的室內最低體感 溫度(Tmin)。
（3-1）
（3-2）
二、室內即時體感溫度(Tr)估算方法
Step3. 取得室內溫濕度值
利用實時室內通風環境量測裝置，取得即時之室內氣溫(ti)及相對濕度 (hi)。
Step4. 計算當前體感溫度
利用步驟 2 所求得之當下室內通風速率(Um)及步驟 3 之室內氣溫 (ti) 及相對濕度(hi)，透過公式 3-2 及公式 3-3 求得該室外風場下的室內當前體 感溫度(Tr)。
（3-3）
三、室內無通風體感溫度(T0)估算
圖 3-6 室內最佳室內通風速率(Ūm)及其對應開窗配置推估方法示意圖
及風向(D)值，從該建物室 64 組 CFD 模擬分析結果中搜尋出該室內通風速 率所對應之最適建築開窗配置(Si)。
以體感溫度為決策目標之模式較為直覺，計算方式亦為簡便。僅需根 據外部風場（風速及風向）之狀況，計算各開窗配置之相對應室內平均風 速，即能計算出不同開窗配置之可能體感溫度，藉以根據室內人員之目標 體感溫度，提供最符合其目標溫度之開窗模式。然此決策模式並無考慮室 內風場之均勻程度，可能產生整體達標卻部分室內區域無風（高體感溫度）
之狀況。