歷屆氣象年對自然通風型住宅建築熱不舒適之影響

為進一步探討歷屆氣象年對各方位自然通風型住宅室內熱不舒適之影響，本節以 一平面五米見方，室內淨高 3 公尺之單元空間(如圖 5-17)，開窗率 50%，單面外牆鄰 外氣其餘各面皆為室內牆，以臥室之使用時程(如圖 5-18)搭配人員 2 人、照明密度 6.5 W/m²，進行單一空間八方位之模擬。以本計畫新產製之台北之 TMY3 進行各方位之 EnergyPlus 室內熱環境模擬。此外，為評估自然通風型室內之熱不舒適性，方法上採用 美國冷凍空調學會 ASHRAE 所建議之熱適應模型(Adaptive thermal comfort model)進行 一年 8760 小時中室內超過其熱適應模型熱舒適範圍之小時數，以分析各氣象年對室內 發生熱不舒適性之頻率。

傳統之室內熱舒適性評估以 Fanger 所提之 PMV-PPD 為主，但是近期有許多學者 提出 PMV-PPD 模型並不適用於自然通風型建築之熱不舒適評估，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不舒適研究後發現，此一現象更為明顯。在自 然通風下之人們對熱舒適之感覺更與戶外長期平均溫度相關，因此，本研究以 de Dear 與 Brager 等人所提出之熱適應模型作為評估自然通風下之熱不舒適性。此一模式後經 美國冷凍空調協會(ASHRAE)所採用，其舒適範圍如圖 5-16 所示，作為評估自然通風 類型空間之熱不舒適性，其公式如式 5-1 所示。

0.31 ∙ 17.8 式 5‐1

其中： 前30 天之月平均溫度 ˚C ； 計算日之前i 日之日平均溫度

˚C ； ASHRAE 之熱適應模型中性操作溫度 ˚C 。

然而單純分析熱不舒適發生頻度無法完全反應因氣候變遷極端氣候增加所造成之 室內過熱嚴重現象。因此，為了評估室內熱不舒適在歷屆氣象年影響下之嚴重程度，常 以類似度時之概念藉以評估熱不舒適之嚴重程度，其意義為認為。本研究採用 ISO 7730 所建議之長期熱不舒適評估方法，區分為熱不舒適與冷不舒適，並以 I 來表示全年室內 熱不舒適之嚴重程度，以溫暖時期評估之 I 值，其值愈高者代表室內過熱情形愈為嚴

重，其描述方法係以度時之概念計算超過熱適應模型上限(或下限)之操作溫度差與時間 之積，如下列公式。

圖 5-16 ASHRAE 熱適性模型熱舒適範圍 (資料來源：本研究繪製)

1 ^,

, , | | _, 式 5‐2

∑ ∙ _, 式 5‐3

∑ ∙ _, 式 5‐4

其中： 熱不舒適嚴重度之權重 度時 ； 溫暖時期之熱不

舒適嚴重度； 寒冷時期之熱不舒適嚴重度

本計畫以 EnergyPlus 分別模擬臥室空間室內逐時之操作溫度分佈，透過 ASHRAE 熱適應模型作為評估熱不舒適發生之頻率，以及採用 ISO7730 之長期熱不舒適嚴重度 之評估法，計算歷屆氣象年對自然通風型住宅熱不舒適環境之差異。室內模擬之開窗 為橫拉窗，並假設在外氣溫度 16℃以上時即開窗藉由自然通風以除去室內之熱。就熱 不舒適發生頻率分析，其結果如圖 5-19 所示，室內熱不舒適發生之頻率有逐漸增加之 趨勢，AWY、TMY2 與 TMY3 全年分別有 17.6%, 21.2%與 23.5%之機會處於室內熱不 舒適之狀態。顯示，在不同年期為基期所篩選出之氣候有逐漸炎熱之趨勢，與近年 IPCC 以及臺灣氣候變遷相關報告之預測吻合。此外，若以長期室內熱不舒適嚴重度之角度 評估，結果如圖 5-20 所示。全年累積熱不舒適嚴重度亦有逐漸增加之趨勢，在 AWY、

TMY2 與 TMY3 等三種標準氣象年模擬下，熱不舒適嚴重度 I 分別為 2311,

10 15 20 25 30 35 40

5 10 15 20 25 30 35

室內操作溫度(Tot，單位：度C)

月平均外氣溫度(Tom, 單位：度C) ASHRAE 80% upper limit

ASHRAE 80% lower limit

2884,與 3529 度時，新產製之 TMY3 對 AWY 時期之增加率達 52.7%。而在冷不舒適嚴

重度 I(cold period)之評估上，TMY3 亦較 TMY2 氣象年來得嚴重，顯示近期氣候溫熱期愈

趨過熱而寒冷期愈趨過冷之現象。

圖 5-17 五米外周區之模擬單元空間示意 (資料來源：本研究繪製)

圖 5-18 模擬住宅臥室之使用時程 (資料來源：本研究繪製)

圖 5-19 台北自然通風住宅全年熱不舒適頻度 (資料來源：本研究繪製)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

負荷比例

時間

臥室使用時程

人員密度 燈光密度

圖 5-20 台北自然通風住宅全年熱不舒適嚴重程度 (資料來源：本研究繪製)

今再以台北與高雄之 TMY3 標準氣象年進行住宅臥室單元在各方位下之室內熱不 舒適差異，在臺灣南北氣候之差異下，台北與高雄之全年熱不舒適發生頻率差異由高 至低，分別依序為西南向、南向、西向之差異較明顯，如圖 5-21 與表 5-7 所示。在長 期熱不舒適嚴重度之分析下，北高亦呈現同樣之趨勢，皆以西南向、南向、西向之差異 較多，如圖 5-22 與表 5-8 所示。各方位在高雄皆較台北來得嚴重，顯示臺灣南部在室 內熱不舒適性上對氣候之調適與因應更顯重要。

圖 5-21 自然通風型住宅全年不舒適頻度比例 (資料來源：本研究繪製)

表 5-7 自然通風住宅各方位熱不舒適小時數分析

地點 方位 N NE E SE S SW W NW 台北 小時數(hrs) 1796 2177 2478 2529 2284 2293 2217 1982

比例 20.50% 24.85% 28.29% 28.87% 26.07% 26.18% 25.31% 22.63%

高雄 小時數(hrs) 2573 2997 3614 3905 3912 4117 3811 3123 比例 29.37% 34.21% 41.26% 44.58% 44.66% 47.00% 43.50% 35.65%

註：住宅以全年 8760 小時計算其熱不舒適發生比例 (資料來源：本研究整理)

圖 5-22 自然通風型住宅全年不舒適嚴重程度 (資料來源：本研究繪製)

表 5-8 自然通風住宅各方位熱不舒適嚴重度分析

地點 方位 N NE E SE S SW W NW 台北 度時數(K.hrs) 2699.0 3578.0 4266.1 4207.3 3528.8 3685.8 3640.0 3148.0 高雄 度時數(K.hrs) 3547.5 4416.3 5545.5 5923.5 5764.4 6360.9 6041.4 4733.8

(資料來源：本研究整理)