第四章 複合通風建築模擬
第三節 使用熱適應標準分析夏季自然通風建築
本計畫的研究目的之一是要了解各種與 AWSG 有關的建築設計手法對複合通 風的影響。但鑑於複合通風模式是以自然通風為主，空調系統為輔。只有當自然通 風無法維持室內的熱舒適，才會啟動空調系統。所以，本計畫先針對各種與 AWSG 有關的建築設計手法對自然通風時熱環境舒適性的影響，再分析這些參數對複合通 風的能耗的影響進行分析。分析的方法是藉由 EnergyPlus 軟體以及台北、台中和高 雄的全年氣象資料，對表 4-1 所列的十三種建築模型進行全年的逐時室內熱環境模 擬。
在建築正常使用條件下，沒有採用強化通風、或 HVAC 系統來改變室內的熱 狀況，在這樣的條件下形成的室溫稱為自然室溫，它反映了建築外殼結構對外界氣 候和使用條件的綜合調節作用。自然室溫可以認為是建築物的屬性，與 HVAC 系 統無關。在對建築物進行評價時，只考慮非空調環境下建築物的自然室溫分布，若 自然室溫在人員舒適區，則不需要對房間供應暖氣或冷氣。超出舒適區，則需要供 應暖氣或暖氣以消出超出的冷熱負荷。不同建築參數和室外熱擾動作用下自然室溫 是不同的，因此可以根據自然室溫的全年分布狀況來評價建築物的各參數設計。EN 15251 建議兩種評估方法：不舒適發生時數統計和不舒適嚴重度統計，其內容概述 如下：
z 不舒適發生時數統計
為了方便分析，本研究只統計到四到十一月有可能需要供應冷氣的季節，並按 熱適應模型的原則，把自然通風建築室內狀態點分為 A、B、C 和 D 四種，如圖 4-6 所示。
A B C D 90%接受度 80%接受度 65%接受度 溫度上限 溫度上限 溫度上限
圖 4-6 按熱適應舒適標準分類的四種自然通風室內狀態
(資料來源：本研究繪製)
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當室內狀態點為 A 時表示 90%以上的人不會抱怨室溫過高，為 B 時表示 80%-90%的人不會抱怨室溫過高, 為 C 時表示 65%-80%的人不會抱怨室溫過高, 為 D 時表示因室溫過高人對環境的滿意率低於 65%。
z 不舒適嚴重度統計
以加權的方式來統計當空間被使用時，實際的操作溫度超出熱舒適範圍的總小 時數。加權係數取決於實際操作溫度超出舒適範圍多少度：
1) 當 To,lower < To < To, upper 時，加權係數 wf=0，其中 To,lower為舒適溫度下限，To,
upper為舒適溫度上限
2) 當 To < To,lower 或 To>To, upper時, wf=︱To - To, lower︱或 wf=︱To - To, upper︱ 3) 將一年或各月的加權係數與小時的乘積加總起來
不舒適熱指數:Ihot=wf
×
time for To>To, upper不舒適冷指數:Icold=wf
×
time for To < To,lowerz 參考建築物
圖 4-7 至圖 4-9 顯示參考建築模型，在台北、台中和高雄外氣象條件下，
EnergyPlus 模擬得到的自然室溫(操作溫度)在 ASHRAE Standard 55 和 EN 15251 的 熱適應模式上的分佈。表 4-2 彙整了參考建築模型在臺北台中和高雄三個城市四到 十一月期間對應各滿意率範圍的自然室溫的狀態點的比例。
根據表 4-2,臺灣地區自然通風建築內的狀態點大多落在使 80%以上的人滿意的 舒適區範圍之外。若按照 ASHRAE Stnadard 55 熱適應標準，在臺北自然通風建築 內的狀態點落在 80%舒適區範圍之內的比例只有 42%，在台中和高雄則降到只剩 27%和 26%。若按照 EN 15251 熱適應標準，自然室溫落在 80%舒適區範圍之內的 比例在臺北、台中和高雄的比例分別是 52%、42%和 43%。由表 4-2 可知，不論是 在台北、台中或者是高雄，在六月到九月室內狀態點使 80%以上的人滿意的室內狀 態點很少，一小部分室內狀態點集中在使 65%-80%之間的人滿意的區域，但是有 很大一部分滿意率低於 65%的室內狀態。三個城市滿足 80%舒適區範圍的柱狀圖如 圖 4-10 所示。
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04/03 04/24 05/15 06/05 06/26 07/17 08/07 08/28 09/18 10/09 10/30 11/20
溫度, ℃
04/03 04/24 05/15 06/05 06/26 07/17 08/07 08/28 09/18 10/09 10/30 11/20
溫度, ℃
04/03 04/24 05/15 06/05 06/26 07/17 08/07 08/28 09/18 10/09 10/30 11/20
溫度, ℃
04/03 04/24 05/15 06/05 06/26 07/17 08/07 08/28 09/18 10/09 10/30 11/20
溫度, ℃
04/03 04/24 05/15 06/05 06/26 07/17 08/07 08/28 09/18 10/09 10/30 11/20
溫度, ℃
04/03 04/24 05/15 06/05 06/26 07/17 08/07 08/28 09/18 10/09 10/30 11/20
溫度, ℃
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三個城市各月自然室溫落在使 80%舒適區範圍之外，造成的不舒適嚴重度如圖 4-10 所示。圖 4-11 顯示不舒適嚴重度以六至九月的數值較高，四月、五月、十月 和十一月這四個月的數值較為緩和。基於 ASHRAE Standard 55 熱適應標準，台北 的四月至十一月累積的不舒適嚴重度 2448 度時,台中為 2634 度時,高雄為 2311 度時。
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z 方位的靈敏度分析
表 4-1 中的案例 1、2、3 和 4 的模擬結果，提供我們做方位別對自然通風建築 自然室溫靈敏度分析。圖 4-12 顯示當教室走廊朝向東、南、西、北時，教室的自 然室溫超過 80%舒室溫度上限的時數和過熱嚴重度。觀察圖 4-12 時，要特別注意 當走廊朝向南方時，表示教室另一側是朝向北方。附對照表 4-1，教室非走廊側窗 戶的遮陽深度比為 0.2，不如走廊側有深達 4.0m 的遮陽效果。在過熱時數方面，以 走廊朝南有最低的過熱時數，其他三個方位，大約多出 50-100 小時。在過熱嚴重 度方面，模擬結果顯示走廊朝南和朝北的教室有接近的過熱嚴重度，朝東或朝西的 教室有近似的過熱嚴重度。東西向教室比南北向教室的過熱嚴重度高出 800-1200 度時。
z 遮陽深度比的靈敏度分析
表 4-1 中的案例 2、5、6 和 7 的模擬結果，提供我們做外遮陽深度比對自然通 風建築自然室溫的靈敏度分析，結果如圖 4-13 顯示。從圖中可以看到，當外遮陽 深度比由 1.0 逐漸縮小到 0.1 時，在過熱時數方面降低 45-61 小時。在過熱嚴重度 方面，降低 417-558 度時。
z 玻璃透射率的靈敏度分析
表 4-1 中的案例 2、8、9 和 10 的模擬結果，提供我們做玻璃透射率對自然通 風建築自然室溫的靈敏度分析。圖 4-14 顯示當玻璃由清玻璃 (透射率=0.899) 換成 色版玻璃(透射率=0.635)、low-E 玻璃(透射率=0.431)和高反射玻璃(透射率=0.241) 時，教室的自然室溫超過 80%舒室溫度上限的時數和過熱嚴重度。當玻璃由透射率
=0.899 的清玻璃換成透射率=0.241 的高反射玻璃時，在過熱時數方面降低 44-69 小 時。在過熱嚴重度方面，降低 474-682 度時。
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台北 EN 15251
1280
台中 EN 15251
1320
高雄 EN 15251
0
台北 EN 15251
0
台中 EN 15251
0
高雄 EN 15251
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台北 ASHRAE 55 台北 EN 15251
1240
台中 ASHRAE 55 台中 EN 15251
1280
高雄 ASHRAE 55 高雄 EN 15251
2000
台北 ASHRAE 55 台北 EN 15251
2000
台中 ASHRAE 55 台中 EN 15251
2000
高雄 ASHRAE 55 高雄 EN 15251
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台北 ASHRAE 55 台北 EN 15251
1220
台中 ASHRAE 55 台中 EN 15251
1240
高雄 ASHRAE 55 高雄 EN 15251
2000
台北 ASHRAE 55 台北 EN 15251
2000
台中 ASHRAE 55 台中 EN 15251
2000
高雄 ASHRAE 55 高雄 EN 15251
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不臨走廊的窗戶是高 1.5 米，而臨走廊是高 0.5 米的氣窗。1.5+1.5 以及 2.3+0.8 的 組合的意思以此類推。圖 4-15 顯示當走廊側僅開氣窗時，對教室熱環境的舒適性 也明顯地影響。走廊側由大窗換成氣窗時，在過熱時數方面增加了 48-100 小時，
過熱嚴重度增加了 516-816 度時。圖 4-15 也顯示改變窗戶的大小，對於教室熱環境 的改善效果，並不如讓教室兩側窗戶一樣大小，形成橫流通風(Cross ventilation)來 的明顯。
2.3+2.3 2.3+0.8 1.5+1.5 1.5+0.8
時數
台北 ASHRAE 55 台北 EN 15251
1180
2.3+2.3 2.3+0.8 1.5+1.5 1.5+0.8
時數
台中 ASHRAE 55 台中 EN 15251
1200
2.3+2.3 2.3+0.8 1.5+1.5 1.5+0.8
時數
高雄 ASHRAE 55 高雄 EN 15251
2000
2.3+2.3 2.3+0.8 1.5+1.5 1.5+0.8
度時
台北 ASHRAE 55 台北 EN 15251
2000
2.3+2.3 2.3+0.8 1.5+1.5 1.5+0.8
度時
台中 ASHRAE 55 台中 EN 15251
2000
2.3+2.3 2.3+0.8 1.5+1.5 1.5+0.8
度時
高雄 ASHRAE 55 高雄 EN 15251
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台北 ASHRAE 55台北 EN 15251
2500 台北 ASHRAE 55
台北 EN 15251
1200 台中 ASHRAE 55
台中 EN 15251
2500 台中 ASHRAE 55
台中 EN 15251
1200 高雄 ASHRAE 55
高雄 EN 15251
2500 高雄 ASHRAE 55
高雄 EN 15251