實測與模擬驗證

在以實驗計畫法進行大量模擬各種綠建築設計因子對都市熱環境與戶外空 間熱舒適模擬前，本研究首先進行驗證ENVI-met 模擬與實測之適配情形，並作 為校正模擬輸入參數之依據。模擬與實測比對之實驗位置擬擇一處具環境鋪面多 樣性之戶外開放空間以模擬社區或都市之環境(基地內同時具有人工鋪面、裸露 地、植栽與建築物等)，如圖 3-2，規畫六處微氣候相異之測點，透過現場架設微 氣候量測儀器與小型氣象站蒐集現場所測得之微氣候氣象資料。此外，同步以 ENVI-met 建構全尺度數值模型，並以現場小型氣象站所測得之氣候資料進行模 擬，以盡可能完全與現場建成環境與氣候狀況一致之情形下進行模擬以與實測資 料比對驗證。所需比對之物理量包括乾球溫度與相對溼度，因此每測點所須架設 之儀器包括附遮陽帽之自計式溫濕度計，以及一架設位於鄰近建築屋頂頂層之小 型氣象站量測實測時之風速、風向與日照情形。而模擬預測值(Si)與實際觀測值 (Oi)之誤差比對，則透過均方根誤差(Root mean square error, RMSE)作為評斷模擬 與實測擬合優度之指標，其計算如下式3-1。

 

1

RMSE ^{n i i}

i

S O

 n





本研究利用國立台灣大學圖書館後方涵蓋綠地及部分人行鋪面之區域(座 標N 25.017, E 121.542)進行實測與同步 ENVI-met 模擬。作為驗證模擬用之實測 基地涵蓋面積約為二萬平方公尺，實測基地儘量選擇具多樣化之地景組成，包括 附近之建築物大樓、人工鋪面、綠地與喬木植栽等，為避免雲覆率以及風速之影 響，選擇晴朗無雲且低風速的日子進行施測。基地之實測點與範圍如圖 3-2 中之 虛線範圍所示。實測點一共有6 個位置，如圖中編號 1 至編號 6 之位置，測點編 號 1 與 2 位於人工鋪面上方；編號 3 位於大喬木遮蔭下；編號 4 位於綠草地上 鄰近有喬木植栽的位置；編號 5 位於空曠之草地上以及編號 6 位於附近有人行 步道之空曠草地上。各測點之環境描述整理如表 3-1。

每一測點高度離地120 公分，約為一般成人心臟離地高度，以 ONSET U23-002 自計式溫濕度感測器，於每一分鐘一筆量測數據之紀錄間隔下，分別量測環 境之空氣乾球溫度與相對濕度以作為與後續模擬比對用途。儀器之規格與精度詳

列如表 3-2。U23-002 型溫濕度記錄器內建記憶體可記錄 42000 筆數據，且符合 ISO 7726 測量儀器之標準。

圖 3-2 進行模擬與實測比對之空間與測點佈點規劃 (資料來源:本研究整理)

圖 3-3 測點編號 1 之情況 (資料來源:本研究整理)

表 3-1 各測點之附近環境描述

測點編號 1 2 3 4 5 6

鋪面 連鎖磚 連鎖磚 草地 草地 草地 草地

遮蔭類型 建物 建物 樹木 樹木 無 無

遮蔭時間 下午 下午 早上、下午 早上、下午 無 無

(資料來源：本研究整理) 表 3-2 自計式溫濕度記錄器

儀器名稱/型號 儀器照片 儀器規格

溫濕度感測器 ONSET U23-002

項目 量測範圍 精準度 準確度

氣溫 -40 ~ 70°C 0.02°C ±0.2°C 濕度 0 ~ 100% 0.03% ±2.5%

(資料來源:本研究整理)

模擬模型部分，在 ENVI-met 內之環境建模以長 138 公尺、寬 150 公尺之 範圍，面積為20700 m²，在ENVI-met 網格建置以 1 公尺見方之網格分割為 X 軸 138 格與 Y 軸 150 格，高度設定高於模型內最高建物之兩倍距離以上，此處高度 設定為 60 公尺，鋪面材質與位置之建立完全對照實際情況設定，如圖 3-4。依 此網格設定密度下所需之模擬時間約為 7 天半左右。而模擬之初始條件參數設 定如表 3-3 所示。初始條件之設定包括起始溫度、風速與風向等氣象數據以當下 實測所得之數值帶入，以求模擬與實測一致。

圖 3-4 ENVI-met 以 1m 見方網格之建模 (資料來源:本研究整理)

表 3-3 ENVI-met 模擬之輸入條件

分類 項目 輸入值

基本設定

模擬起始時間 上午9 時

模擬歷時 8 個小時

風速（10m） 0.1 （m/s）

起始風向 東向

起始溫度 31.15（°C）

高空比濕（2500m 處） 11.07（g/kg）

相對濕度 64（％）

模擬更新頻率

表面溫度 30（sec）

風速 900（sec）

太陽輻射及陰影 600（sec）

植物資料庫 600（sec）

模擬建物設定 建物內部溫度 297 (24.00°C)

牆之熱傳導率 3.5（W/𝑚 𝐾）

屋頂之熱傳導率 1.2（W/𝑚 𝐾）

牆之反射率 0.33 (丁掛磚)

屋頂之反射率 0.25 (灰色混凝土)

(資料來源:本研究整理)

由 ENVI-met 所輸出之數據，從上午 9 時開始模擬至下午 5 時止，以每半 小時輸出一次模擬之溫濕度變化，共計 8 小時期間進行模擬與各點實測之數值 比較。由溫度之模擬結果和實測數值之比較可以看出，整體而言，ENVI-met 對 於溫度之模擬與實際之變化趨勢大致相同，而結果之差異大部分小於1°C，計算 之方均根誤差RMSE＝0.712°C，如表 3-4 與圖 3-5 所示。而相對濕度之模擬結 果和實測數值比較，可以發現模擬之相對濕度值大部分高於實測值，但整體而言 變化趨勢相同，計算之方均根誤差RMSE＝7.459％，如表 3-5 與圖 3-6。整體而 言，由實驗證明ENVI-met 在模擬中小尺度下之都市戶外熱環境是準確的，二者 之比較結果約落於儀器誤差範圍內，因此模擬之結果與實測相異不大，模擬具可 性度。 

表 3-4 模擬與實測之溫度差值

10:00 -0.230 0.300 0.182 -0.201 0.593 0.101 10:30 0.774 1.025 0.496 0.712 1.956 1.596 11:00 1.381 1.135 0.511 0.646 0.401 0.199 11:30 0.801 1.069 0.865 0.468 1.486 0.919 12:00 0.140 0.630 -0.098 -0.175 -0.681 -0.368 12:30 0.639 0.286 0.172 0.880 -0.444 -0.361 13:00 -0.418 -0.347 -0.681 -0.412 -1.356 -1.626 13:30 -0.170 0.111 -0.311 -0.218 -1.707 -1.043 14:00 0.375 0.911 -0.131 0.095 -1.325 -1.421 14:30 0.691 0.992 0.077 -0.089 -1.402 -1.455 15:00 0.708 0.102 0.471 0.519 -0.430 -0.344 15:30 1.039 0.241 0.334 -0.161 -0.373 -0.753 16:00 -0.299 -0.226 0.086 -0.509 -0.456 -0.150 16:30 0.309 0.125 0.217 0.215 -0.578 -0.668 17:00 0.255 0.346 0.274 -0.168 -0.785 -0.853 最大差異 1.381 1.135 -1.079 0.880 1.956 1.596 最小差異 0.036 0.111 0.036 -0.025 0.401 0.101 平均差異 0.374 0.397 0.083 0.052 -0.247 -0.389

RMSEi 0.613 0.615 0.456 0.443 1.017 0.920

RMSE 0.712

(資料來源:本研究整理)

圖 3-5 模擬與實測之溫度變化趨勢

(資料來源:本研究整理) 表 3-5 模擬與實測之相對濕度差值 測點

座標

1 2 3 4 5 6

(23,43) (35,111) (47,79) (57,123) (75,53) (75,43)

時間 實測相對濕度— 模擬相對濕度％

09:00 -2.488 2.155 -0.371 -4.637 -1.516 -0.597 09:30 -1.307 -2.897 -3.813 -6.622 -3.581 -3.018 10:00 -7.784 -8.210 -7.025 -7.430 -3.009 -5.118 10:30 -11.699 -12.634 -5.153 -10.252 -9.336 -3.819 11:00 -12.387 -13.204 -11.076 -11.135 -9.664 -8.089 11:30 -11.737 -12.619 -11.694 -7.989 -2.712 -5.253 12:00 -12.202 -8.047 -3.396 -8.723 -4.254 -3.194 12:30 -11.626 -12.814 -12.729 -15.252 -9.114 -9.106 13:00 -5.901 -9.550 -9.121 -10.322 -6.104 -1.781 13:30 -4.183 -6.534 -9.842 -7.932 -4.627 -2.768 14:00 -6.103 -6.630 -8.606 -5.730 -4.014 -2.624 14:30 -9.122 -9.227 -12.042 -10.992 -3.973 -3.191 15:00 -7.735 -7.908 -8.560 -8.359 -3.109 -1.759 15:30 -10.511 -6.505 -9.500 -6.069 -5.008 -3.174 16:00 -6.409 -2.208 -6.220 -6.241 -2.280 -1.412 16:30 -7.809 -3.324 -4.827 -4.436 -2.944 -2.090 17:00 -8.911 -2.613 -5.919 -5.778 -3.238 -1.494 最大差 -12.387 -13.204 -12.729 -15.252 -9.664 -9.106 最小差 -1.307 2.155 -0.371 -4.436 -1.516 -0.597 平均差 -8.113 -7.222 -7.641 -8.112 -4.617 -3.440

圖 3-6 模擬與實測之相對濕度變化趨勢

(資料來源:本研究整理)