第五章 熱環境調整方案模擬與綜合分析
第三節 校園開放空間步行環境熱環境調整方案擬定
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第三節 校園開放空間步行環境熱環境調整方案擬定
依據前述章節之兩測點現況模擬，本研究將以此二處之模擬情況作為基準，
分別針對不同的環境條件給予不同的策略擬定，如：鋪面材質的改變、綠化量的 提升、水體的改變…等，加以模擬討論，進而提出適合校園開放空間步行環境改 善之策略。在模擬的部分，除依個別環境條件改變，導致網格數與網格品質略有 增減外，其餘模擬條件皆依前述模擬計畫內容所述，邊界條件、限縮條件皆同。
C 點熱環境改善策略
本研究針對 C 點改善策略之一，藉由文獻回顧中得知鋪面材質將會影響熱 環境，因此，本研究將針對C 點之步行環境鋪面材質進行改善，將其改變為透水 鋪面(熱通量從 30W/m2下降為-10 W/m2)。為使模擬資料與原始方案有一定的比 較信度，本研究將 C 點之步行環境鋪面熱通量調整方案之模擬範圍與原始方案 設為一致，為225*450m，而網格數為 31 萬左右；網格品質之正交品質與傾斜變 形度皆在「好」以上(表 5-5)；相關數據皆符合研究計畫內容所設定。而經過迭代 計算，在 258 次時完成收斂(圖 5-6)。後續之模擬分析採用可視化雲圖，並以離 地1.5 公尺之空氣溫度，來進行步行環境熱舒適性調整方案之評估分析。
表5-5 C 點調整方案 1 模型模擬資料表
測點 測點C 調整方案 1(改透水鋪面)
模擬範圍 225*450M
網格數 316,030
節點 59,547
正交品質(Orthogonal quality) qwqwQuality)
0.34 傾斜變形度 (Skewness) 0.65
初始風速 1 (m/s)
初始溫度 36.6°C
迭代計算(Iterations)次數 258
收斂情況 收斂
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圖5-6 C 點調整方案 1 迭代計算圖
在原C 點的步行環境溫度模擬現況平均約介在 39.2 至 41.1°C 間，而本研究 於C 點的調整方案 1 中(表 5-6)，將原步道混凝土之鋪面材質改為透水磚，模擬 範圍在步道外之溫度差異並無顯著變化，然步道內之溫度明顯可看出降低了 2.5°C 左右，其平均溫度相比原始模擬現況降為 36.7 至 38.7°C，產生明顯之差異，
亦驗證鋪面材質會影響熱環境之溫度。
表5-6 模擬現況與改善策略 1 對比
模擬現況 調整方案1
本研究針對 C 點調整方案之二，係藉由文獻回顧中得知綠化量亦會影響熱 環境，因此，本研究將針對C 點之步行環境進行改善，模擬其種植兩排行道樹之 環境改變，喬木的高度為離地2.5 公尺，然為考慮模型之簡便，將其適當的簡化 為兩排長方形，扣除枝幹的部分，僅保留葉體(圖 5-7)，另外，亦不考慮微觀之蒸
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散作用與孔隙率之問題。此調整方案之模型，模擬範圍為 225*450m，而網格數 為45 萬左右；網格品質之正交品質與傾斜變形度皆在「可接受」以上(表 5-7)；
相關數據皆符合研究計畫內容所設定。經過迭代計算，於138 次時完成收斂。後 續之模擬分析採用雲圖來進行步行環境熱舒適性調整方案之評估分析。
圖5-7 C 點調整方案 2 模型示意圖 表5-7 C 點調整方案 2 模型模擬資料表
測點 測點C 調整方案 2(增加綠化量)
模擬範圍 225*450M
網格數 448,911
節點 84,217
正交品質(Orthogonal quality) qwqwQuality)
0.16 傾斜變形度 (Skewness) 0.83
初始風速 1 (m/s)
初始溫度 36.6°C
迭代計算(Iterations)次數 138
收斂情況 收斂
在原C 點的步行環境溫度模擬現況平均約介在 39.2 至 41.1°C 間，而本研究 於C 點的調整方案 2 中(表 5-8)，將原步行環境種植兩排行道樹，根據模擬之結 果顯示，在喬木所在之處可帶來約2°C 之降溫效果，然而在喬木以外之區域，並 未見到明顯的溫度改善。
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表5-8 模擬現況與調整方案 2 對比
模擬現況 調整方案2(增加綠化量)
E 點熱環境改善策略
E 點位於政治大學校門口，其熱環境與 C 點較為不同的地方在於，E 點有一 直徑15 公尺之水池，雖然在文獻回顧中可得知水體有助於熱環境降溫，然在本 研究先前所做的問卷調查結果中32，受試者普遍不喜好水池旁的環境，因此本研 究欲針對E 點進行探討，以瞭解水體與開放空間步行環境的熱舒適性之關聯。
呈上所述，本研究首先針對 E 點之步行環境之模型進行修改(圖 5-8)，將水 體移除，並將混凝土與透水磚之鋪面材質與水體模型進行比較。為使模擬資料與 原始方案有一定的比較信度，本研究將C 點之步行環境鋪面熱通量調整方案 1 之 模擬範圍與原始方案設為一致，為225*450m，而網格數約為 31 萬左右；網格品 質之正交品質與傾斜變形度皆在「可接受」以上(表 5-9)；相關數據皆符合研究計 畫內容所設定。而經過迭代計算，在 273 次時完成收斂(圖 5-9)。後續之模擬分 析採用可視化雲圖，以離地1.5 公尺高之空氣溫度，來進行步行環境熱舒適性調 整方案之評估分析。
32 請參考第四章第四節之「受試者喜好環境排序組合」。
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圖5-8 E 點調整方案 1 模型修改示意圖 表5-9 E 點調整方案 1 模型模擬資料表
測點 測點E 調整方案 1(取消水池)
模擬範圍 225*450M
網格數 310,281
節點 58,218
正交品質(Orthogonal quality) qwqwQuality)
0.16 傾斜變形度 (Skewness) 0.83
初始風速 1 (m/s)
初始溫度 36.6°C
迭代計算(Iterations)次數 273
收斂情況 收斂
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圖5-9 E 點調整方案 1 迭代計算圖
在原 E 點的水池外圍的步行環境溫度模擬現況，平均溫度約介於 38.4 至 40.5°C 間，而本研究於 E 點的調整方案 1 中，將原步行環境中之水池移除，改 為普通的混凝土之鋪面，藉此驗證水體是否對於熱環境有降溫之作用。根據本研 究之模擬結果(表 5-10)，有水體的步行環境較無水體的步行環境中心之溫度，低 了約莫0.7 至 0.8°C 左右，然而，原始模擬情況與調整方案 1 相比，溫度反而高 了1°C 左右，本研究進一步探究其原因可能為此水體面積太小，亦可能因水體存 在雖有一定之降溫效果，但隨著與水池的距離長短而下降，此外，本研究亦透過 風場的向量圖推測其原因，因E 點之水池並非下填式，而是隆起式，雖然將此水 體移除會減少水之降溫效果，卻能提供風穿越的廊道帶走熱能。
因此，本研究之模擬結果發現，E 點之水體雖有一定的降溫效果，但在水池 四周與水池後方範圍之風速皆不如無水池之步道，其也說明了若水池非從挖空地 面而是從地面突起，其存在可能會阻擋風的前行，此研究結果亦顯示了問卷調查 中，水池旁並非受試者喜好的場所的可能原因之一。
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表5-10 E 點模擬現況與改善策略 1 對比
模擬現況 調整方案1(取消水池)
熱環境
風環境
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除了探討水體對熱環境的影響外，本研究的第二個調整方案係將無水體之混 凝土鋪面材質進行改善，來探討其降溫效果。本研究將E 點之步行環境鋪面熱通 量調整方案之模擬範圍與原始方案設為一致，模擬範圍為 225*450m，而網格數 約為31 萬左右；網格品質之正交品質與傾斜變形度皆在「可接受」以上；相關 數據皆符合研究計畫內容所設定(表 5-11)。而經過迭代計算，在 273 次時完成收 斂(圖 5-10)。後續之模擬分析將採用雲圖來進行步行環境熱舒適性調整方案之評 估分析。
表5-11 E 點改善策略 2 模型模擬資料表
測點 測點E 調整方案 2(透水鋪面)
模擬範圍 225*450M
網格數 310,281
節點 58,218
正交品質(Orthogonal quality) qwqwQuality)
0.16 傾斜變形度 (Skewness) 0.83
初始風速 1 (m/s)
初始溫度 36.6°C
迭代計算(Iterations)次數 273
收斂情況 收斂
圖5-10 E 點調整方案 2 之迭代計算圖
在原 E 點的水池外圍的步行環境溫度模擬現況中，平均溫度約介在 38.4 至 40.5°C 間，而本研究於 E 點的調整方案 2 中，除了將原步行環境中之水池移除 外，另外也將原調整方案1 中之混凝土鋪面材質改為透水鋪面，藉此驗證水體是 否對於熱環境有降溫之作用。根據本研究之模擬結果顯示(表 5-12)，調整方案 2
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之步行環境中心之溫度，較原始模擬現況低了約莫2 至 3°C 左右，且步行環境外 圍也有1°C 左右的降溫效果。因此，相較原始模擬現況之 15 公尺水體，鋪面材 質改善之降溫效果更勝於直徑15 公尺之水體。
表5-12 E 點模擬現況與改善策略 2 對比
模擬現況 調整方案2(透水鋪面)
藉由調整方案2 之模擬成果，可看出鋪面材質降溫效果較水體之效果為佳，
但亦可能為本研究個案場域中之水體面積過小，而無法達到明顯降溫之需求，因 此，本研究在調整方案 3 中之策略擬定，透過加大水體之面積，使其從直徑 15 公尺增長為20 公尺(圖 5-11)，以探討水體之降溫效果是否會有顯著之改變。
圖5-11 E 點調整方案 3 之模型示意圖
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如前所述，本研究將 E 點之步行環境水體從直徑 15 公尺改為 20 公尺，熱 通量調整方案之模擬範圍與原始方案設為一致，模擬範圍為 225*450m，而網格 數約為47 萬左右；網格品質之正交品質與傾斜變形度皆在「可接受」以上；相 關數據皆符合研究計畫內容所設定(表 5-13)。而經過迭代計算，在 289 次時完成 收斂(圖 5-12)。後續之模擬分析將採用雲圖，以離地 1.5 公尺高之空氣溫度，來 進行步行環境熱舒適性調整方案之評估分析。
表5-13 E 點調整方案 3 模型模擬資料表
測點 測點E 調整方案 3(加大水體)
模擬範圍 225*450M
網格數 475,289
節點 89,831
正交品質(Orthogonal quality) qwqwQuality)
0.15 傾斜變形度 (Skewness) 0.84
初始風速 1 (m/s)
初始溫度 36.6°C
迭代計算(Iterations)次數 289
收斂情況 收斂
圖5-12 E 點調整方案 3 迭代計算圖
調整方案3 之模擬結果顯示(表 5-14)，直徑 20 公尺之水尺相較直徑 15 公尺 的水池，在水池中心的溫度僅有0.1°C 左右之降溫，然水池周遭之步行環境有接 近0.5°C 的降溫效果，代表大面積水體相較小面積水體，有較佳的降溫效果，然 而，隨著與水池的距離越遠，降溫效果越不顯著，因此，水體的影響範圍隨著與
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水體相距的距離而呈現負相關的情形。
表5-14 E 點模擬現況與調整方案 3 對比
模擬現況 調整方案3(加大水體)