第五章 結論與建議
第二節 建議
建議一：
利用公家機關的建築用電資料研究建築物的自然通風潛力及節能效果：立即可行建議 主辦機關：社團法人中華民國風工程學會、內政部建築研究所
協辦機關：交通部中央氣象局、北投公立圖書館
收集新店區內政部建築研究所、北投公立圖書館一整年的建築平面圖、用電量、
室內外氣溫、冷氣使用時間及使用自然通風的時段等資料等，利用綠建築評估手冊 (2019)所建議之公式計算各棟建築物的自然通風潛力VP與空調節能效果Vac，和實際 觀測值比較，以了解VP與Vac值的正確性。再使用建築能源模擬模式EnergyPlus、
eQuest等軟體研究採用自然通風的運作模式和節能效果。探討如何落實自然通風於國 內的辦公大樓與各級學校，並將其成果提供建築師、冷凍空調技師、政府機關、各級 學校、商辦大樓之參考。
建議二：
修訂建築物自然通風潛力之評估方式：中長期建議 主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：中華民國全國建築師公會、社團法人中華民國風工程學會
內政部建築研所2019年出版的「綠建築評估手冊 基本型」的附錄三「建築物採 光通風效益與空調節能率評估原則」與內政部營建署於民國108年12月頒佈之「建築 物節約能源設計技術規範」的附錄三「建築物自然通風空調節能評估」有建築物自然 通風潛力VP及空調節能效益Vac之計算式，但沒有計算自然通風量之方法。且計算自 然通風潛力VP之公式需要單側窗與對流窗之面積，但單側窗與對流窗的定義不夠清 楚，易產生爭議。建議未來修訂「綠建築評估手冊」與「建築物節約能源設計技術規 範」時，可加上建築物自然通風量之計算方法。
96
97
附錄一 期初審查意見表
109.03.10
審查委員意見(依發言順序) 廠商綜合回應
TAIVENT 通風模式，用
以計算多區間建物通風
98
99
置狀況影響，可否於本研 究內加以探討?
8. CFD 模擬部分請列出要
輸入之參數，於研究成果
內統整使用方式並將技
術供業界及實驗室使用。
100
101
附錄二 第一次專家座談會審查意見表
109.07.01
委 員 審查委員意見 委託回應
102
103
104 可考量2者所導致CDHNV 減量 以 及結構 物 所導致
105 3. 仍須 考 量使用 計 算上的 便利性、簡易性，讓使用 者更 好 了解、 更 容易操 作。
本計畫發展之自然通風量Excel試算表 具有簡易性、便利性等特性。
106
107
附錄三 期中審查意見表
109.07.13
委 員 審查委員意見 委託回應
108
109
110
111
112
113
附錄四 第二次專家座談會審查意見表
109.09.25
委 員 審查委員意見 回 應
114
115
116
117
附錄五 期末審查意見表
109.10.29
委 員 審查委員意見 委託回應
118
119
120 陳組長建忠
1. 林憲德老師覺 得綠建 築 手冊可與此研究並行，建 議未來並行在描述、策略 上可以多考慮。
未來修訂綠建築評估手冊時，可將列一 張自然通風潛力VP與本研究案計算之 通風量Q之比較表。
2. 本研究通風量 與綠建 築 手 冊 VP 值 做 出 差 異 分 析，會後可與本所環控組 進行調整。
期末報告會加上一張自然通風潛力VP 與 本 研 究 案 計 算 之 通 風 量 Q 之 比 較 表，供環控組修訂綠建築評估手冊之 用。
121
附錄六 自然通風量計算評估手冊(初稿)
建築物自然通風量計算評估手冊
(初稿)
122
目次
目次 ... 122
表次 ... 124
圖次 ... 126
第一章 手冊導覽 ... 129
第一節 編撰目的 ... 129
第二節 適用範圍和方法 ... 136
第三節 基本名詞定義 ... 138
第三章 通風計算模式 ... 147
第一節 單區間通風模式 ... 147
第二節 不同風向之貫流通風 ... 151
第三節 多區塊貫流通風模式 ... 156
第四節 多區塊多開口模式 ... 158
第五節 通風量計算步驟 ... 160
第四章 室內無隔間貫流通風示範例 ... 166
第五章 不同風向之風壓通風示範例 ... 172
第六章 室內有隔間之風切通風示範例 ... 179
123
第七章 三側三開口之風壓通風示範例 ... 181
第八章 廠房之貫流通風示範例 ... 185
第九章 住宅之風壓通風示範例 ... 188
第十章 浮力通風示範案例 ... 197
第十一章 辦公空間之風壓通風示範例 ... 201
第十二章 中小學教室之風壓通風示範例 ... 204
第十三章 宿舍風壓通風示範例 ... 206
第十四章 自然通風 EXCEL 試算表使用方式 ... 209
參考文獻 ... 216
124
表次
表 1- 1 各種建築空間單位樓地板面積最小通風量 ... 130 表 2- 1 不同地況的邊界層高度與指數 ... 142 表 2-2 台灣六都的平均風速與盛行風向 ... 143 表 3- 1 建築物外牆百葉窗、紗窗、外推窗(推射窗) 折減係數 K
... 161
表 4-1 不同樓層之貫流通風量 ... 169
表 4-2 不同開口裝置之貫流通風量 ... 169
表 4-3
不同長度建築物的貫流通風量 ... 172
表 5-1 不同風向角之風壓通風量 ... 174
表 5-2 風向平行於建築物開口之風壓通風量... 176
表 5-3 不同風向下單側雙開口室內無隔間之風壓通風量 .... 178
表 6-1 不同風向單側雙開口室內有隔間之風壓通風量 ... 179
表 7- 1CFD 模式計算得之案例 6 的風壓通風量 ... 183
表 8- 1 廠房之風壓通風量 ... 186
表 9-1 案例 9-1 各房間的通風量(貫流通風)... 193
表 9-2 案例 9-2 各房間的通風量(風切通風) ... 193
表 9-3 案例 9-3 各房間的通風量(單側通風)... 195
表 9-4. 案例 9-4 各房間的通風量(折減效應)... 195
125
表 10-1 案例 10 的重要參數及通風量 ... 199 表 11- 1 辦公室案例各區間的通風量 ... 203 表 13- 1 不同案例之通風量 Q、自然通風潛力 VP 和換氣率 ACH
... 207
126
圖次
圖 1- 1 自然通風和機械通風之示意圖 ... 132
圖 1-2 建築物自然通風量之應用 ... 136
圖 2-1 不同地況之平均風速剖面 ... 140
圖 2-2 台北市全年的風花圖(2000-2008) ... 143
圖 2-3. 新北市全年的風花圖(2000 - 2008) ... 144
圖 2-4 桃園市全年的風花圖(2018) ... 144
圖 2-5. 台中市全年的風花圖(2000-2008) ... 145
圖 2-6. 台南市全年的風花圖(2000-2008) ... 145
圖 2. 7. 高雄市全年的風花圖(2000-2008) ... 146
圖 3- 1 紗網窗、百葉窗、外推窗之流量係數 ... 148
圖 3-2 單區間雙開口貫流通風之示意圖 ... 150
圖 3-3 單區間多開口建築物之示意圖 ... 151
圖 3-4 不同風向角之風壓通風量 ... 152
圖 3-5 有室內隔間之建築物貫流通風之示意圖 ... 153
圖 3-6 單側單開口及雙側雙開口的風切通風量 ... 154
圖 3-7 有室內隔間雙開口建築物通風之示意圖 ... 155
圖 3-8 室內隔間對雙開口建築物通風量之影響 ... 155
圖 3-9 有室內隔間之建築物貫流通風之示意圖 ... 157
127
圖 3-10 建築物有室內隔間風壓通風之示意圖... 159
圖 3-11 建築物外推式陽台對落地窗風壓通風影響之示意圖 . 162
圖 3-12 相鄰建築物影響下風建築物風壓通風之示意圖 ... 163
圖 3-13
建築物自然通風計算之流程圖 ... 164
圖 4-1 對側開口貫流通風之示意圖 ... 168
圖 4-2 外推窗與牆面夾角之示意圖 ... 170
圖 4.-3 建築物縱深對貫流通風之影響 ... 171
圖 5-1 不同風向下建築物風壓通風之示意圖... 174
圖 5-2 建築物的開口與風向的夾角之示意圖... 175
圖 5-3. 風向平行於建築物開口之風壓通風... 177
圖 6- 1 單側雙開口建築物之風壓通風 ... 180
圖 7-1 三側三開口建築物室內隔間及開口位置之示意圖 .... 182
圖 7-2 三側三開口建築物之風壓通風量 ... 184
圖 8- 1 單區間多開口廠房風壓通風之示意圖 ... 185
圖 9-1 住宅室內隔間之示意圖 ... 188
圖 9-2 住宅案例 9-1 之風壓通風量和風速向量圖 ... 190
圖 9-3. 住宅示範例之通風(
A)案例 9-1； ... 192
圖 10-1 透天式建築浮力通風之示意圖 ... 198
圖 11- 1 辦公空間風壓通風(
A)示意圖；(
B) ... 202
128
圖 12- 1 中小學教室風壓通風之示意圖 ... 205 圖 13- 1 宿舍風壓通風之示意圖 ... 207 圖 13- 2 (
A)自然通風量 Q 與 VP 之關係；(
B)換氣率 ACH 與 VP
之關係.. ... 207
129 室內空氣品質規範(Building Air Quality, 1998)建議若不使用機械通風的狀況下，住宅 之最低的小時換氣率(Air change per hour, ACH)須維持在 0.35 ACH。小時換氣率(ACH) 的定義為： EPA, Building Air Quality, 1998)建議在不裝設機械通風設備的狀況下，住宅之最低換 氣 率 ACH 須 維 持 在 0.35 。 加 拿 大 建 築 規 範 (Canadian Standards Association, CAN/CSA-F326, 1995)關於住宅通風系統的部分建議住宅的客廳、餐廳通風量必須達
V I= Q V
130
到5 liter/sec，主臥室的通風量10 liter/sec，平均換氣率ACH必須維持0.3以上。日本工 業標準(JIS, 2003)建議：住宅換氣率ACH必須達到0.5以上，非住宅換氣率ACH必須達 到0.3以上。
換氣率的倒數則可視為室內空氣更新所需的時間尺度：
Q
= V
τ (1- 3)
此時間尺度可作為評估室內空氣更新快慢的指標(Roulet, 2008)，時間尺度τ愈大，空 氣滯留於室內的時間愈長，室內通風愈差，污染物愈容易累積於室內而使得空氣品 質惡化。當一棟建築物的室內氣溫高於室外氣溫時，若換氣的時間尺度τ愈大，則室 內氣溫被室外冷空氣置換而降溫的速度愈慢。
建築物可採用自然通風(Natural ventilation)與機械通風(Mechanical ventilation)的 方式來達到其換氣的需求。自然通風是藉由自然界風力(如圖1所示)或室內外的溫度差 異驅使空氣流動，可節約能源，但未必能達到足夠或可降低室內氣溫的通風量。機械 通風又稱為強制通風，是利用風扇、抽風機或送風機促使空氣交換和流動，可控制通 風量，但耗費能源。台灣的許多建築物在夏季，大多使用冷氣空調來維持室內環境的 舒適性，但亦會耗費大量的電力。因此若能有效地利用自然通風，減少冷氣空調的使 用，將可達到節能減碳之目的。
表 1- 2 各種建築空間單位樓地板面積最小通風量
房間用途 通風量
(m
3/hr/m
2)
起居室、臥室、私人辦公室 8
大型辦公室、會客室 10
工友室、警衛室、收發室、詢問室 12
會議廳、候車室、候診室等容納人數較多者 15
展覽陳列室、理髮美容院 12
百貨商場、舞蹈、棋室、球戲等康樂活動室、灰 15
131
塵較少之工作室、印刷工場、打包工場
吸煙室、學校 20
營業用餐廳、咖啡廳、酒吧 25
戲院、電影院、演藝場、集會堂之觀眾席 75
營業用廚房 60
非營業用廚房 35
衣帽間、更衣室、盥洗室、樓地板面積大於15 m
2發電或配電室 10
茶水間 15
住宅內的浴室、廁所 20
公共浴室、廁所及可能散發有害氣體之工廠 30
汽車庫 25
132
圖 1- 5 自然通風和機械通風之示意圖
早期興建之建築物當時並無節能法規，故普遍存在耗能及不符生態環境之問題。
黃國倉(2006)的研究指出：國內一般辦公大樓空調耗電佔建築能耗比率約為45%，長 期累積所耗費的能源十分可觀。辦公大樓與百貨公司建築耗能設備平均用電量之比 例 ， 空 調 耗 電 佔 建 築 能 耗 比 率 超 過 50% 。 英 國 建 築 研 究 機 構 (British Research Establishment, BRE)的研究結果顯示：採用自然通風和採用空調的辦公大樓相比，每 年節省的冷卻耗能為14 ~ 41 kWh/m2。以一棟10層樓辦公大樓為例，若每個層樓地板 面積1000 m2，若每天開空調的時間8.0 hr，一年便可減少用電2.8~8.2億度電。因此建 築師應該先計算該建築物的自然通風，當換氣率不足或室內氣溫可能不舒適時，才採 用機械通風。
自然通風可依照其驅動力分為風壓通風和浮力通風兩種方式。以下分述之：
自然通風
機械通風
133
(1)風壓通風：利用自然風力作用在建築上所造成的風壓差異，推動氣流流動而產生室 內外空氣之交換。當建築物迎風面和背風面皆有通風開口(門窗)，則迎風面的開口 為進風口，而背風面的開口為出風口，形成貫流通風(Cross ventilation)，其通風效 果最佳。若僅迎風面有開口或僅背風面有開口的單側通風(One-side ventilation)，亦 可造成自然通風，但通風效果較差(Chu et al., 2011)。當室外風速超過 1.5 m/s 時，
風力即可促成建築物的換氣(江哲銘, 1997)。
(2)浮力通風：當一棟建築物內有垂向的溫度差異，且在外牆的高低處皆有開口(門窗)，
則室內的熱空氣會由高處的開口流出，而室外的冷空氣會由低處開口補充，利用浮 力自然地將熱空氣排出，促使室內外的空氣上下對流與交換。
自然通風乃是利用自然界的風力和溫度差異驅使建築物內外空氣的流動和交 換，若可達到足夠的換氣量和室內環境的舒適性，便不須使用耗費能源的通風機械。
但自然通風受到許多因素的影響，譬如建築物外的風速、風向、室內外溫度的差異，
建築物的幾何外型、門窗開口的面積大小、位置和室內隔間等因素的影響。因此建築 師在評估建築物的自然通風狀況，需要考量的因素較多。國內的建築物理環境之類的 書籍大多以一個章節來定性地描述自然通風，並沒有完整地介紹自然通風量的計算方 法。本手冊希望能推廣自然通風，讓國內建築師用簡易的方法來計算台灣常見建築物 的自然通風量，亦可讓建築物使用者瞭解自然通風的原理與操作方式，自行開關建築 物的門窗，有效地利用自然通風，達到建築節能的目的。
研究建築物通風和室內風場的方法可分為：(1)實場監測；(2)區塊模式；(3)計算 流體動力學(CFD)模式；(4)風洞實驗。各有其優缺點(Chen, 2009; Etheridge, 2011)，以 下分述之：
(1) 實場監測(Field observation)：
實場調查為找一棟真實的建築物，在建築物內外裝設量測風速、溫度、溼度的儀 器，監測其變化一段時間，再分析實驗資料的變化。這是瞭解實際風場最直接、最具 說服力的方式，但實場的室外風速、風向、溫度與時俱變，某一棟建築物的監測數據 往往無法應用於其他建築物之設計，不易由監測結果深入瞭解通風現象背後的機制。
除此之外，實場量測所需的人力、經費和時間較多。且建築物未興建之前，無法進行 監測，故較少建築物採用此法研究其自然通風的狀況。
134 (2) 多區間模式(Multi-zone model)：
多區間模式將建築物內部空間依其隔間分為數個區塊(Zone)，將單一區塊當成一 個完全混合(Fully mixed)的控制容積。依據質量不滅定律，在區塊內空氣質量、物質 濃度的變化必定是因為該物質流入(或流出)區塊或是因為該物質發生反應所造成的。
因此計算在一段時間 之內，流入和流出區塊的物質總量便可得區塊內物質的平均 濃度和溫度，譬如CONTAM、COMIS、NatVent、BREEZE等模式(Feustel, 1999;
Dascalaki et al., 1999; Ren and Stewart, 2003)。此種模式又稱為網路模式(Network model)，其優點為計算簡單，可計算區塊內穩態下的通風量和濃度。但缺點為無法得 知各個區塊內速度、濃度及溫度的分佈。
朱佳仁 等(2011)發展了一個適用於台灣氣候條件的多區間自然通風計算模式 TAIVENT (Taiwan Natural Ventilation Model)，模式結合了台灣中央氣象局26個氣象觀 測站1961~2008年的氣象資料(平均風速、盛行風向、氣溫、濕度)可計算各種建築物 座向、室內隔間、開口位置、大小及是否有裝紗窗或百葉窗的風壓通風量和換氣率。
通風模式所需之建築物表面風壓則利用風洞實驗室及壓力計量測得之，再使用二維的 立方弧線法(Cubic Spline)內插求得建築物表面任意一點的壓力。此外TAIVENT模式 利用牛頓-拉福森(Newton-Raphson)法求取各個房間的室內壓力及各開口的通風量，研 究結果顯示若建築物表面的風壓係數為已知，可以利用TAIVENT模式計算多區間建 築物的風壓通風量。本手冊便是結合多區間通風模式和經驗模式來計算建築物的自然 通風量。
(3) 計算流體動力學(CFD)模式：
計算流體動力學(Computational Fluid Dynamics, CFD)模式將室內、外空間格網 化，依據連續方程式、那維爾–史托克(Navier-Stokes eqn.)方程式和擴散方程式，採用 數值方法計算流場控制方程式的數值解，配合上適當的邊界和初始條件，求得各個格 網點上的風速、壓力和濃度，此法又稱為全域模式。其優點為可以計算出流場的細部 變化，但缺點為計算量大，模式參數眾多。若計算模式的設定參數、網格、收斂標準 不正確，可能會得到似是而非的計算結果，因此必須與相同流況之實驗數據比對以驗 證其正確性(Awbi; 2003; Chen, 2009)。
(4) 風洞實驗：
∆t
135
製作建築物的縮尺模型放置於風洞內，研究該建築物在不同室外風速、風向下
製作建築物的縮尺模型放置於風洞內，研究該建築物在不同室外風速、風向下