第二章 研究方法
第一節 自然通風利用潛力評估與研究步驟
所謂自然通風利用係以非機械之方式進行室內換氣與通風之技術手法，透過建築 之被動式設計以產生壓力差或溫度差進而引導室內氣流之流動。本計畫之研究流程如 圖 2-1，首先針對自然通風利用之國內外文獻進行回顧，確立自然通風在各異之氣候 條件下，其對於室內溫熱環境與空調節能之關係。自然通風利用包括以開窗對流為主 之風力通風(wind-driven ventilation)與以熱浮力對流為主之浮力通風應用(buoyancy ventilation)。浮力通風之應用較常見於乾燥之溫帶國家，透過增加進風口與出風口之 高程差或溫度差以增加熱對流之原理以促進室內之通風，是應用室內淨高與通風塔之 利用，常見於大空間之工廠廠房、演講廳等，在住宅與學校類教室較難以應用。風力 通風則主要透過建築開口部之壓力差而產生對流，其效果與風向、風速、開窗方式、
是否有對象開窗以及室內通風路徑是否有障礙物有關。臺灣較為常見之自然通風策略 為屬開窗對流之風力通風應用，因此本研究之研究範圍定義，將以風力通風應用之案 例為主。
本案之研究流程如圖 2-1 所示。研究初期首先進行樣本之現場勘查，學校類則同 時進行空調系統管理策略、教室方位、配置、室內發散熱等資訊之調查。於擇定施測 樣本後，進行現場測繪以獲知空間尺寸俾利換算各案之自然通風潛力(VP)。溫濕度記 錄儀器於夏季前完成現場安裝，並進行長期之室內、戶外溫濕度量測。在計算空調折 減效果上，本研究透過室內實測溫度資料以及與戶外之溫度記錄比對，判斷空調之啟 停時間，藉以得知實際之空調時間。此外，在理論空調使用時間之判斷上，在良好自 然通風室內應與戶外溫度相當之前提下，則擬以熱適應模型透過戶外溫度判斷理論上 應室內過熱而需啟用空調之時間，以分析實際之空調節能效果。最後，提出結論與建 議。
圖 2-1 研究流程
（資料來源：本研究整理）
第二節 自然通風利用空間之長期實測
由於自然通風之目的除了基本之換氣需求以確保室內之空氣品質外，另一目的則 是為了透過通風對流以移除室內熱，以達室內熱舒適而減少空調使用時間。本研究著 重於探討自然通風在室內熱舒適環境之確保以及其可帶來之空調節能潛力之分析。在 此觀點下，由於自然通風之最終效益將反應於室內溫熱環境之表現，因此探討自然通 風下之室內溫度變化是大家所關心的議題。研究方法上將以實測驗證之方式進行。為
第二章研究方法
了實證探討自然通風利用之策略對室內溫熱環境以及建築節能之影響，擬規劃透過現 場實測之方式進行，首先挑選自然通風條件相異之案例進行長時間之室內溫度記錄。
於每一實測案例現場安裝溫濕度記錄器，藉以判斷空調啟停時間與室內溫熱狀態之依 據。
在實測建築類型之挑選上，以較適於應用自然通風利用之住宅類與學校教室類型 建築為探討對象。為事先排除氣候區差異之影響，本研究將同類型之建築樣本挑選以 位於同一氣候區或地理位置為原則，住宅樣本全挑選以位於台中地區為主；而教室之 樣本則全位於台北地區。同時盡量挑選具相異之空間通風特徵以驗證自然通風利用潛 力(VP, ventilation potential)對通風效益之關係。住宅樣本以戶為單元，針對客廳、臥室 等居室空間進行實測，以增加具相異之通風特徵空間；學校教室之篩選則以複合式空 調之混合通風教室為主，由於我國高中教室普遍才有空調設備，因此選擇施測之對象 以高中教室為原則。為後續換算所選建築空間之 VP 值，擬於施測前前往現場勘查並 測繪建築平面、記錄開窗位置、開窗方式、尺寸等建築資訊，並於實測空間安裝溫濕 度記錄器，溫濕度儀器說明詳見本章第七節。實測之季節擬於四月中開始進行至計畫 期末，至少涵蓋整個夏季，以檢討各案例自然通風利用在熱季之效益，礙於記錄器之 電池容量，擬每月回收一次數據。
第三節 熱適應理論與原理
為確立 VP 對室內熱舒適度之效益方面，擬針對透過實測得之室內溫度資料進行 過熱時數頻度與過熱嚴重程度之分析，室內環境過熱之判斷擬參考國際上通用之熱適 應模型舒適範圍，以評估使用者進駐時間內之室內溫熱情形。在室內熱舒適之評斷上，
當室內溫度超過熱適應模型所規範之熱舒適範圍時謂之發生過熱，此可藉由實測之室 內溫度變化統計而得其發生頻率。然而，超過 1°C 之過熱與超過 3°C 之過熱情況對人 體所帶來之熱應力(heat stress)卻是不同的，過熱發生頻率僅能得知發生過熱之機率，
度之累計值，始能描述使用者所承受之熱應力情況。過熱嚴重度之分析方法擬參採 ISO 7730 內對於長期室內熱嚴重程度之計算方法。
熱舒適研究始於上世紀初，於 70 年代形成了以人體熱平衡方程和人工氣候室實驗 為基礎的經典熱舒適評價模型。隨後，許多現場的研究發現此模型無法準確預測實際 建築中的人體熱反應，因此提出了熱適應觀點和假說，以期合理解釋現場研究與氣候 室研究結果之間的區別，準確預測實際建築環境中的人體的熱反應。近年來人體熱適 應研究受到越來越多的關注，在世界各地廣泛開展了大規模的現場研究調查，研究者 相繼提出若干熱適應研究理論模型，以期揭示人體熱適應的內在機制，而熱舒適是居 住者對熱環境表示滿意的一種心理狀態。熱適應舒適模型(adaptive thermal comfort model)以人對環境的滿意程度做為評估熱環境的標準。傳統之室內熱舒適評估以 Fanger 所提之 PMV-PPD 為主，但是近期有許多學者提出 PMV-PPD 模型並不全然適 用於自然通風型建築之熱舒適評估，尤其對於室內使用者對開窗與室內空調溫度有充 分控制之情況下，PMV-PPD 模型更趨低估室內之舒適溫度。van Hoof 等人在回顧許多 亞洲國家之熱舒適研究後發現，此一現象更為明顯(Van Hoof 2008)。在自然通風下之 人們熱舒適感覺更與戶外長期之平均溫度相關，因此，本研究以 de Dear 與 Brager(de Dear and Brager 1998)等人所提出之熱適應模型作為評估自然通風下之熱舒適性。本研 究初步先以國際上較廣為使用之美國冷凍空調協會(ASHRAE)於 Standard 55 所建議之 熱適應模型進行評估室內過熱與否之依據(ASHRAE 2010)。
第四節 自然通風利用對空調節能抵減效果
自然通風利用對空調節能之效果可由下圖 2-2 所示，當自然通風量可帶走室內熱 以滿足室內之熱舒適時，無須啟動空調而達到節能之目的，如圖中深黃色區域。反之，
當戶外溫度過高單純透過自然通風而無法滿足室內之熱舒適時，則不得不啟用空調，
因此空調之節能量將與通風之有效性相關。通風之有效性除與當地之長年風速風向有 關外，尚與建築開口部之配置、室內通風路徑之確保等因素相關，以現行綠建築對於 自然通風對空調節能之優惠計算而言，即為自然通風利用潛力(VP)。
第二章研究方法 行累算，以反應當地之炎熱情況，此謂之冷房度時。所謂冷房度時(CDH, cooling degree hours)即是建築物使用時段內之逐時外氣溫高於某一冷房基準溫度（本研究教室類訂 為 23°C, i.e. CDH23；住宅類為 26°C, i.e. CDH26）之全年溫差累算值，此數值可代表當 地全年之空調耗能程度。國際上亦曾有文獻採用冷房度時以推估空調耗能之案例 (Letherman and Al-Azawi 1986, Oktay, Coskun et al. 2011)。因此，在討論每一實測案例 應用自然通風在空調耗能之抵減效益上，本研究採用冷房度時法予以比較空調節能量。
圖 2-2 自然通風與空調節能之關係
（資料來源：本研究繪製）
第五節 自然通風潛力計算方式
自然通風潛力 VP(Ventilation Potential)定義為「可自然通風居室之面積」與「總居 室面積」之比值，其中可自然通風居室面積由(1)單側開窗引起之「臨窗通風面積」與
第二章研究方法
圖 2-3 鄰窗通風面積認定原則
（資料來源：本研究繪製）
圖 2-4 對流通風面積認定原則
（資料來源：本研究繪製）
第六節 空調使用時間判斷依據
本研究欲對現有之空調之節能效益(Vac)公式進行驗證，所以本研究所採取的方法 為，調查實測案例之實際空調使用時間，並透過 ASHARED Standard55 之熱適應模型 (式 7)，計算各月月均溫以推估理論上人體所感受到的熱舒適溫度範圍。該熱適應模型 係假設當周遭環境溫度改變時，人們亦會隨之透過調整著衣量、開窗通風或啟用風扇 等措施以調節熱感受，此模型適合應用於評估自然通風或複合式通風使用之建築。
透過 ASHRAE 55 熱適應模型所定義之熱舒適範圍，如圖 2-5 所示，再加上室內 所實測得之室內溫度，即可預估理論上應使用空調的時間。由於自然通風應用時所可 及之室內溫度最大效益即為與戶外溫度相同，當室溫大於戶外溫度時即代表單純藉由 自然通風無法完全去除室內熱取得因而室內溫度上升之情況。因此，若室外溫度高於
熱舒適範圍的溫度上限時，即判斷為理論應使用空調之時間，詳細之所有可能情境與
圖 2-5 ASHRAE Standard55 熱適應模型所建議之舒適範圍 (資料來源：ASHRAE 2010)
表 2-1 熱舒適情境與開啟空調時間逐時判斷依據
第二章研究方法
表 2-1 中，情境 1 與情境 5 因室內溫度過熱與使用空調相抵觸，為現實中不可能 發生的情境，故並未列入判斷空調與否之依據；而情境 2 在室內外均過熱的情形下，
表 2-1 中，情境 1 與情境 5 因室內溫度過熱與使用空調相抵觸，為現實中不可能 發生的情境，故並未列入判斷空調與否之依據；而情境 2 在室內外均過熱的情形下，