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複合通風在世界各國的應用

Borgeson 和 Brager[28]分析了在複合通風美國加州的可行性。圖 1-4 顯示在美 國加州 16 個氣候區中具有代表性的 6 個氣候區的解析結果。Borgeson 和 Brager 分 別以 PMV-PPD 模式和 ASHRAE 55 的適應模式為熱舒適標準,分析比較了在這六 個氣候區使用自然通風(NV)、複合通風(MM)和變風量空調系統(VAV)的能耗和室內 熱舒適程度。對照圖 1-4 加州各氣候區的氣候狀況,可以看到複合通風在氣候較暖 和的氣候區如 CZ12、CZ13 和 CZ15 有很好的節能效果(圖 1-4(b))。在圖 1-4(a)的室 內熱舒適分析結果顯示複合通風同時可以解決在這幾個較暖和的氣候區使用自然 通風造成的室內熱不舒適問題。

圖 1-4 複合通風在美國加州具有代表性的 6 個氣候區的解析結果 (資料來源:Borgeson 和 Brager,2011)

Brager 和 Baker[29]透過問卷調查方式對座落於美國和加拿大的 12 棟複合通風 建築(建築特性詳表 1-2)裡的使用者進行室內環境品質滿意度的調查。Brager 和 Baker 將在這 12 棟的調查結果與美國 CBE(Center for the Built Environment,

University of California, Berkeley)資料庫裡的在 370 棟空調建築物的調查結果相比較,

發現 12 棟複合通風建築裡的使用者在熱舒適(圖 1-5(a)) 以及室內空氣品質(圖

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1-5(b))方面的滿意度評價都落在前 50%,甚至擠身前茅,顯示複合通風建築可大幅 提升室內環境品質的滿意度。

表 1-2 Brager 和 Baker 調查的的 12 棟複合通風建築特性

Building

number Location Mixed-mode

type Building type Number of occupants

floor

area(m

2

) Year 1 Richmond,British Columbia Changeover Office 350 11148 2000 2 Ebensburg,Pennsylvania Changeover Office 95 3344 2000 3 SanMateo,California Changeover Laboratory 25 2647 2003 4 Annapolis,Maryland Changeover Education 92 3633 2001 5 Stanford,California Concurrent Education &

Laboratory 35 1114 2004 6 Chicago, Illinois Concurrent Office 27 2634 2002 7 Menlo Park,California Natural

ventilation Office 110 4459 2002 8 Santa Barbara,California Changeover Education 120 7896 2002 9 Olympia,Washington Natural

ventilation Education 230 14851 2003 10 Leominster,Massachusetts Changeover Education 18 1334 2004 11 Cupertino,California Concurrent Education 8 2043 2005 12 Seaside,California Natural

ventilation Education 35 1972 2006

(資料來源:Brager和Baker

,2009

)

(a)熱環境 (b)空氣品質

圖 1-5 複合通風建築在促進熱舒適和空氣品質的滿意度調查結果

(資料來源:Brager 和 Baker,2009)

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Karava 等[30] 以一棟座落在加拿大蒙特婁的研究大樓為對象,進行複合通風 的全尺度實驗。圖 1-6 說明了該棟建築的外觀,以及使用的複合通風概念。持續兩 年的全尺度實驗結果如圖 1-7 所示。2007 年的複合通風的平均運轉時間比例為 35%,

其中運轉時間比例最高的六、八月和九月三個月的比例分別達到 49%, 52%, 和 45%。

2008 年複合通風運轉比率為 26%,以六月、七月和八月的運轉比例最高,其數值分 別是 28%, 45%和 32%。作者推估該棟大樓使用複合通風,大約可以節省 30%的冷 氣空調所需消耗的能源。

圖 1-6 複合通風全尺度實驗研究大樓外觀及其複合通風概念 (資料來源:Karava 等,2012)

Ji 等[31]分析位於熱濕氣候的杭州市內博物館建築,採用複合通風的效果。圖 1-8 是該博物館外觀以及使用的複合通風概念說明。當與採用冷、暖氣系統相比,

該棟博物館採用複合通風達到的節省冷暖氣能耗的效果如圖 1-9(c)所示。在冷氣部 分可以節省達 35%的能耗。作者根據研究結果,進一步說明複合通風是適合亞熱帶 氣候的一種可行性運轉策略,其節能效果約在 30-35%。而且除了節能效果之外,

複合通風也能促進室內環境品質,特別是在中間季節(圖 1-10(a)(b))。

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圖1-7 加拿大蒙特婁某研究大樓實驗期間複合通風運轉時間比例

(資料來源:Karava 等,2012)

圖 1-8 杭州市某博物館的外觀及其使用的複合通風概念說明

(資料來源:Yingchun Ji 等,2009)

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c

圖 1-9 杭州市某博物館使用複合通風對(a)CO

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(b)相對溼度(c)空調能耗 的改善效益

(資料來源:Yingchun Ji,2009)

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Cron 等[32]分析了典型教室在法國不同氣候區使用複合通風的效果。Cron 等 對複合通風效能的評估項目包括能耗分析、室內溫度和二氧化碳濃度,其結果如圖 1-10。作者以冷房度時來表示能耗的差異,分析的結果顯示在法國所有氣候區使用 複合通風,都有比較低的冷房度時,這意謂複合通風在全法國是有節能潛力的。在 室內熱舒適方面,複合通風教室的平均溫度比機械通風教室的溫度高不到 0.4°C。

在空氣品質方面,在法國所有氣候區採用複合通風的教室,其二氧化碳超過 1000ppm 的小時數也較採用機械通風模式少。

圖 1-10 典型教室在法國不同氣候區使用複合通風的效果 (資料來源:Florence Cron 等)

Steiger [33] 等以學校教室為研究對象,分析了在丹麥的哥本哈根、德國的慕尼 黑、和英國倫敦的氣候下,學校建築採用複合通風模式對室內空氣品質(二氧化碳濃 度)、熱舒適(室內操作溫度)、以及能源使用的效益,分析結果如圖 1-11。Steiger [33]

等的研究結果顯示,不論是採用自然通風、機械通風或者複合通風的教室,它們的

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室內空氣品質以及熱舒適程度並沒有太大的差異,但是在能源使用方面,當使用複 合通風時可節省大約 50%的能源使用。

圖 1-11 學校建築在哥本哈根、慕尼黑和倫敦氣候,採複合通風的效益 (資料來源:Simone Steiger 等)

Foldbjerg 等[18]分析了住宅建築在德國柏林、比利時的布魯塞爾、以及法國巴 黎氣候下,採用複合通風的效益。作者模擬時採用了自動控制的複合通風模式。圖

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1-12(a)顯示兩種控制方式,住宅建築在自然通風模式運轉的時間比例。從圖中可以 看到在這三個城市,採用複合通風的住宅全年約有 50%的時間是不需要消耗能源來 維持室內的熱舒適水準。圖 1-12(b)顯示採用複合通風模式的住宅其能源使用量遠低 於採用機械通風模式的住宅。採用手動控制的複合通風模式的節能效果在 0 – 2.4 kWh/m2, 而採用智慧型自動控制的節能效果在 4.0 – 4.9 kWh/m2. 作者也強調 4 kWh/m2 的節能效果相當於節省全德國建築總能耗量的 11%。

(a) (b)

圖 1-12 住宅建築在柏林、布魯塞爾、以及巴黎採用複合通風的效益 (資料來源:Peter Foldbjerg 等,2011)

Ezzeldin 等[34]評估了在乾熱氣候區使用複合通風的可行性。Ezzeldin 等分析 的對象為辦公建築,並選擇了有不同乾熱氣候特性的澳洲的艾莉絲泉(Alice Springs),

沙烏地阿拉伯的麥地那(Madinah)、巴林(Bahrain)、以及埃及的艾利需(El Arish)作為 代表城市。作者共模擬了複合通風模式與六種被動式設計組合情境下的節能效果(參 閱圖 1-13)。研究結果顯示針對不同的氣候特性,搭配合適的被動式設計,在乾熱 氣候區採用複合通風模式能創造 20%-75%的節能效果。

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圖 1-13 複合通風在乾熱氣候區的節能效益 (資料來源:Sherif Ezzeldin 等,2009)

美國加州大學柏克萊校區的建成環境中心(Center for the Built Environment (CBE) | University of California, Berkeley)所建立的網站,蒐集來自世界各地 150 棟採 用複合通風建築的案例調查結果。圖 1-14 是其網頁的首頁[35]。聯合國能源總署的 Annex 35: Control Strategies for Hybrid Ventilation in New and Retrofitted Office Buildings (HYBVENT)的成果與後續研究計畫內容可以參考丹麥奧爾堡大學室內環 境工程系(Indoor Environmental Engineering, Aalborg University, Denmark)所建立的 網站。圖 1-15 是其網頁的首頁[36]

圖1-14 美國加州大學柏克萊校區關於複合通風的專業網站

(資料來源:http://www.cbe.berkeley.edu/mixedmode/index.html)

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圖 1-15 丹麥奧爾堡大關於複合通風的專業網站

(資料來源:http://www.hybvent.civil.aau.dk/index.htm)

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