第二章 臺灣熱適應舒適模式探討
第二節 熱適應模式國際標準
熱適應舒適模式的特點是認為最佳的熱舒適溫是隨室外氣候變動的，也就是說，
最佳舒適溫度是室外氣候的函數。美國 ASHRAE Standard 55 以及歐洲 EN 15251 裡的熱適應舒適模式(分別如圖 2-5 與 2-6 所示)是目前國際上最為著名的二個。兩 者都是源自對由若干熱舒適實測調查組成的資料庫的米塔分析(meta-analysis)的結 果 [45,46]。
在介紹這二個標準的由來之前，先特別強調，不論是 ASHRAE Standard 55(圖 2-3)或 EN 15251(圖 2-4)都是以操作溫度，而不是一般的空氣溫度，做為定義熱舒 適範圍的指標。操作溫度的定義是：
Top=A*Tair+(1-A)*Tr A= hc/(hc + hr)
其中 Tair是室內空氣溫度；Tr 是周壁平均輻射溫度(the mean radiant temperature)； hc 和 hr 分別是人體表面的對流和 T 輻射的熱交換係數。如表 2-1 所示，A 是室內風 速的函數。所以，操作溫度本質上是綜合考慮了室內環境參數的溫度、周壁平均溫 度和風速對人體熱舒適的影響，而非單純的溫度而已。在一般計算時，會採較簡易 的計算方式，直接令操作溫度等於室內溫度和周壁平均輻射溫度的平均值，即
Top=(Tair+Tr)/2
在 1980 年代的中期， ASHRAE 開始贊助一系列在辦公建築物裡的熱舒適現 場實測調查。這些受調查的辦公建築分布在四個不同氣候區裡。ASHRAE RP-462 [47]是該系列實測調查計畫中的第一個。因為實測調查需要耗時費工，ASHRAE 依 據 RP-462 的調查流程與方法建立了一套標準程序，以整合世界各地各自獨立進行 的熱舒適實測調查。構成 ASHRAE Standard 55 熱適應舒適模式發展基礎的
ASHRAE RP-884 就是在這種背景之下於 1995 年開始的。ASHRAE RP-884 資料庫 [48]蒐集來自在世界各地執行現場實測所獲得的原始數據。圖 2-7 顯示組成 RP-884 熱舒適數據庫的 160 座辦公樓建築物的地理分佈。從圖中可以看到這些建築物分散 在四大洲、並且涵蓋主要氣候區。RP-884 數據庫是由大約 21,000 組原始數據所組
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成的。資料內容包括熱舒適問卷調查的結果、服裝和新陳代謝估計值，室內、外氣 候測量結果，和計算得到的各種熱指數。
圖 2-5 ASHRAE Standard 55 的熱適應模式及熱舒適範圍 (資料來源：ASHRAE Standard 55 和 EN 15251)
圖 2-6 EN 15251 的熱適應模式及熱舒適範圍
(資料來源：EN 15251)
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圖 2-7 組成 RP-884 熱舒適數據庫的建築物地理分佈 (資料來源：ASHRAE RP-884)
圖 2-8 從 RP-884 資料庫得到熱舒適觀察值和預測值(a)空調建築(b)自 然通風建築
(資料來源：ASHRAE RP-884)
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RP-884 數據庫的資料有來自空調建築和自然通風建築的調查結果。圖 2-8 顯示 在這二類建築所得到的居住者認為的室內熱舒適溫度和外氣月平均溫度的散佈圖。
RP-884 的調查結果明確顯示兩項重要結果：(1)自然通風建築物的居住者，其認為 的熱舒適溫度隨室外月平均溫度變動的情形相當明顯(圖 2-8b)；但對於空調建築物 居住者而言，此一現象較不明顯(圖 2-8a)。(2)在空調建築物裡，以 PMV 模式預測 的熱舒適溫度和居住者認為的舒適溫度相當一致(圖 2-8a)，但是在自然通風建築的 預測結果產生相當大的誤差(圖 2-8b)。有鑑於 RP-884 的調查結果，顯示自然通風 建築物的居住者對熱舒適溫度的要求明顯不同於空調建築物的居住者。而且 PMV 模式也不適用於自然通風建築物。所以 ASHRAE Standard 55 在 2004 年以後的版本，
將空調建築物和自然通風建築物的熱舒適標準分開。空調建築物的熱舒適標準依舊 採用 PMV 模式，自然通風建築物的熱舒適標準則採用熱適應模式。
ASHRAE Standard 55 中，熱適應模式的熱舒適最佳溫度(tcomf)是戶外月平均溫 度(Tom)的函數，如公式(2-10)。同時 tcomf±2.5℃的範圍對應於 90%熱可接受度的舒 適範圍，tcomf±3.5℃則對應 80%熱可接受度。
(2-10) 歐盟的熱適應舒適標準是 CEN 15252：Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings- addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics。正如其標題所揭示的，該標準的目的是 在提供計算建築物能源表現時，所需符合之可接受的室內環境基準。圖 2-6 顯示 CEN 15252 依據熱適應模式建立之適用於自由運轉(free running, 意思是在夏季無 機械通風或供冷)建築物，在歐洲氣候條件下的可接受熱舒適範圍。圖 2-6 中所揭露 的熱舒適範圍的上、下限是建立在歐洲 SCATs(Smart Controls and Thermal Comfort) 計畫的調查結果上。歐盟 SCATs 計畫的目的期望藉由”自適應算法”(adaptive algorithm)來確定如何根據室外溫度來確定室內溫度，以減少空調系統的能源使用。
SCATs 計畫歐洲的法國、希臘、葡萄牙，瑞典和英國的 26 座辦公樓實行廣泛的物 理環境測量和主觀問卷調查。物理測量包括空氣溫度和黑球溫度，相對濕度和風速。
8 . 17 31
. 0
tcomf = ×Tom +
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每月進行一次包括物理測量和問卷調查的現場實測。整個調查計畫為期大約一年的。
在全部的 4,655 組數據中，其中有 1,449 組數據是在自然通風的大樓蒐集到的。EN 15251 的最佳舒適溫度與室外氣候的關係式，如公式(2-12)，就是源自從這些自由 運轉大樓蒐集到的資料。
(2-11) (2-12)
比較公式(2-11)和(2-12)可以看到，EN 15251 用前七天的室外溫度流動平均來 取代 ASHRAE Standard 55 使用的月平均溫度，以改善 ASHRAE Standard 55 被認為 對戶外溫度變化的反應太遲鈍的質疑[52]。在 EN 15251 的三種等級的舒適範圍分
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第三節 ASHRAE Standard 55 和 EN 15251 在臺灣的適用性
目前臺灣的國家標準中，雖然也有對應於 ISO 77730 的熱舒適標準。但是，該 標準的主要是採用 PMV 模式，所以基本上是以空調建築物為主要的施行對象。換 句話說，臺灣目前並未有自然通風建築的熱舒適標準。複合通風建築的節能潛力分 析的核心是熱適應模式。一項長期實測調查也說明了 ASHRAE Standard 55 和 EN 15251 在複合通風建築的適用性。圖 2-9 顯示利用二種模式計算得到的台北市、台中市和高雄市的 2011 年每日 最佳溫度比較。若與 ASHRAE Standard 55 的預測數據相比，EN 15251 模式預測的 熱舒適溫度明顯較高。以台中為例，EN 15251 模式預測的熱舒適溫度平均值較 ASHRAE Standard 55 的預測值高出 1.5°C。而且，若與現在政府所鼓勵將室內溫度 設定在 26℃相比。根據 ASHRAE Standard 55 熱適應模式得到的舒適溫度在六到九 月都比 26℃高。而根據 EN 15251 得到比 26℃高的舒適溫度期間則從四月到 11 月。
前面的論述顯示在臺灣氣候條件下 ASHRAE Standard 55 和 EN 15251 的差異不 算小，故有必要先檢討這二個標準在國內的適用性。本研究的檢驗方法是透過計畫 主持人黃瑞隆博士過去幾年在臺灣實測調查的結果與 ASHRAE Standard 55 和 EN 15251 進行比較，以了解其在臺灣的適用性。分析用的資料庫是由在 2003-2004 年 [49], 2005-2006 年[50],和 2011 年[51]執行的三個熱舒適實測調查組成。這些實測調 查都是在學校(包括大學、國高中或者小學)的自然通風或者混合通風教室裡進行的。
總共進行 197 個班-次實驗，獲得 6,932 組包括物理環境測量和主觀評價的數據。其 中 3,754 組數據是從自然通風教室得到，其餘的 3,178 組數據是來自複合通風教室。
資料的數量比歐洲 European SCATs project 的 4,655 組略多。現場實測的實驗過程 概述如下：為瞭解學生每個月份的熱舒適變化情形，規劃學校班級以每個月份進行 一次熱舒適實驗為原則。每次的實驗程式是經校方的同意後才正式開始。在進行教 室環境的現場實測與問卷調查之前，必須先將影響人體熱舒適性的四個參數：溫度、
濕度、平均輻射溫度以及風速的感測器與資料記錄器組成四套室內氣候分析儀。在 學生上課前十分鐘將準備好的四套室內氣候分析儀，其中三套平均放置教室內，另
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(a)台北
(b)台中
(c)高雄
圖 2-9 三大都市基於 ASHRAE 55 和 EN 15251 的每日最佳溫度 (資料來源:本研究繪製)
10 15 20 25 30 35
1/1 1/29 2/26 3/26 4/23 5/21 6/18 7/16 8/13 9/10 10/8 11/5 12/3 12/31
tem p era tu re, C
日均溫 EN 15251 ASHRAE
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日均溫 EN 15251 ASHRAE
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1/1 1/29 2/26 3/26 4/23 5/21 6/18 7/16 8/13 9/10 10/8 11/5 12/3 12/31
te m p era ture, C
日均溫 EN 15251 ASHRAE
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1 套則置於教室外，測點的高度選擇離地面高度 1.0m。採樣時間由早上 8 點至下午 4 點作連續性的測量與記錄。資料記錄器會每十分鐘登錄一筆所有物理性環境參數，
其參數值為每十分鐘內每秒資料的平均值。
為瞭解學生每天最高溫與最低溫的熱舒適變化，問卷的填寫時間約為室溫最低 時的早上第一節以及最高時的下午第一節兩次時段為原則。問卷調查之前，會有工 作人員簡單介紹其實驗目的，並且受訪者回答問卷時，有研究人員在旁解說或回答 其提出的相關問題，但不會誘導受訪者。為避免前一節課的活動影響其主觀感覺的 評估，學生是于下課前十分鐘開始填寫問卷。
問卷內容主要包括個人基本資料的填寫、對目前環境熱舒適度的評估、對其他 物理性因素的評估、對環境各種特性的滿意度調查、衣著量的調查與活動量的調查 等。本研究的問卷設計是根據學生在教室中的熱舒適狀態，參考 ASHRAE Standard 55 的問卷內容修改而成三個主要提問部分。
第一部分為個人基本資料，包括受訪者填寫的日期、時間、學校、班級、性別 與目前穿衣類型。由於學生必須穿著學校規定的制服上課，故問卷中只有額外調查 其他的衣服類型，如衣服種類與外套種類的勾選選項。
第二部分是熱環境舒適度的評估，本研究採用了熱感覺、熱喜好與熱接受度三 種常見的評估方式進行環境評估。其中熱感覺是採傳統七個等級的熱感覺量尺，分 別是冷（-3）、涼（-2）、微涼（-1）、中性（0）、微暖（1）、暖（2）、熱（3）。
熱喜好是問對現在的熱環境為希望調涼爽、不調或調暖和。而熱接受度則是問，是 否能接受現在的溫度。
第三部份則是詢問學生對於其他物理性因素影響教室熱環境舒適度的感覺評 估，包括濕度、風速與照度。濕度感覺是採七個等級的感覺尺度，分別是很濕、濕、
微濕、剛好、微乾、乾以及很乾。風速感覺是採七個等級的感覺尺度，分別是很弱、
弱、微弱、剛好、微強、強以及很強。照度感覺也是採七個等級的感覺尺度，分別 是很暗、暗、微暗、剛好、微亮、亮以及很亮。
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本計畫目的在了解臺灣人對熱環境的反應比較接近哪一個熱適應模式。所以採 用在不同熱條件下的實際熱接受度與 ASHRAE Standard 55 和 EN 15251 的預測接受 度直接相比較。也就是使用資料庫裡的主觀熱接受度調查結果。熱接受度是詢問對 是否能接受其所處環境的熱條件。以班級為單位來統計每次實測實驗的熱接受度，
計算如公式(2-13)。
%
×100
= 班級人數
人數 熱接受詢問投可接受的
直接接受度 (2-13)
圖 2-10 說明了基於客觀的物理測量數據，符合不同熱舒適標準的不同等級的
圖 2-10 說明了基於客觀的物理測量數據，符合不同熱舒適標準的不同等級的