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本研究計畫所使用的儀器設備為 INNOVA 公司的室內氣候分析器 (Indoor Climate Analyzer)，主要設備為一數據紀錄器，加上四支可分別測量 空氣溫度、溼度、風速及不對稱性輻射溫度的感知器所組成，其儀器設 備的架構圖如圖2-4 所示。該套儀器設備符合 ISO 7726 的要求。圖 2-5 是 其組合後現場的測試照片。
圖 2-4 本所儀器設備的架構圖
圖 2-5 本所儀器設備組合後現場的測試照片
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早期要分析建築的熱環境必須使用美國國防部所支持開發的 BLAST 程式，但由於經費的關係，自 1995 年後，BLAST 變沒有進一步的改善。所 以大部分的建築模擬分析都使用DOE-2.1 程式。但是就如前面所講的，因為 使用的計算方法的限制，DOE-2.1 程式一直被限制在建築物的能源分析上，
而無法用來分析室內熱環境的舒適度。於是美國能源部在各方要求下，開 始發展一套全新的建築模擬軟體ENGYPLUS。ENGYPLUS 在發展之初，便以 結合DOE-2.1 與 BLAST 程式的優點為目的。圖 3-1 是本研究用來模擬分析建 築物耗能與熱環境的ENERGYPUS 的架構圖。表 3-1 是其與 DOE2.1 及 BLAST 的比較。關於ENERGYPLUS 的詳細說明可參考相關文獻。
圖 3-1 ENERGYPLUS 程式的架構圖
表 3-1 ENERGYPLUS 與 DOE-2.1 及 BLAST 的比較
表 3-1 ENERGYPLUS 與 DOE-2.1 及 BLAST 的比較(續)
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由於在下一章的實測實驗中，本研究將將進行不同的開窗面積、窗簾 的使用對室內熱環境的影響，所以在這一章中，我們利用電腦程式先進行 年間模擬。
圖3-2 與 3-4 是 8mm 綠色色板玻璃(性能群所用的玻璃)在西向與北向外 周區的各月平均PMV 對開窗面積的關係圖。其中西向代表日曬最嚴重的外 周區，而北向則代表日曬最少的外周區。在北向外周區由於較少直達日射，
僅有漫射日設，所以即使開窗面積達 100%，在最熱的六、七、八三個月份 中，月平均PMV 指標值也都在 0.5 以下。但在直達日射強烈的西向外周區，
則呈現不一樣的結果，當開窗面積超過 50%，則在六、七、八三個月份中，
月平均PMV 指標值也都超過容許的 0.5。
圖3-3 與 3-5 則是在四到十月間，室內熱環境 PMV 指標超過 0.5 的次數。
因為月平均PMV 雖然低於 0.5，但並不保證所有的情況都符合室內熱環境的 標準，所以本研究計畫特別統計其發生不舒適的時數。在西向外周區中，
當開窗面積達100%，即使在較涼爽的四月與十月，室內環境的月平均 PMV 都在 0.2 左右，但其室內過熱發生的次數也高達 50 小時，相當於該月的六 分之一時間。在最熱的七、八月，即使是開窗面積只有 50%，室內過熱的 次數也近 100 小時，相當於該月份三分之一時間過熱。當開窗面積達 75%
以上時，室內過熱時間已超過 200 小時，甚至 250 小時，顯示該月份有三 分之二以上的時間是在不舒適的範圍內。
同樣，在北向外周區，即使月平均 PMV 是在合格範圍內，但仍有不少 的時數發生室內環境過熱。
圖 3-6 與 3-7 圖 3-6 與 3-8 是一有四個方位的標準辦公室，在四到十月 的空調季節內，辦公室內的平均PMV，PPD、各外周區發生過熱的總次(時) 數以及單外外周區樓板面積的室內顯熱量對開窗面積的比較。
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80
Apr May Jun Jul Aug Sep Oct
PMV Index
W-50%
W-75%
W-100%
圖 3-2 西向外周區各月份的平均 PMV 指標對開窗面積比的關係曲線
0 50 100 150 200 250 300
Apr May Jun Jul Aug Sep Oct
Overheating Hours
W-50%
W-75%
W-100%
圖 3-3 西向外周區各月份過熱發生時數對開窗面積比的關係曲線
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60
Apr May Jun Jul Aug Sep Oct
PMV Index
N-100%
N-75%
N-50%
圖 3-4 北向外周區各月份的平均 PMV 指標對開窗面積比的關係曲線
0 50 100 150 200 250
Apr May Jun Jul Aug Sep Oct
Overheating Hours
N-50%
N-75%
N-100%
圖 3-5 北向外周區各月份過熱發生時數對開窗面積比的關係曲線
-1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
50% 75% 100%
PMV
圖 3-6 各種開窗面積下標準辦公室於四到十月的平均 PMV 與散佈範圍
Ave Max
Ave+S.D.
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0
50% 75% 100%
PPD
圖 3-7 各種開窗面積下標準辦公室於四到十月的平均 PPD 與散佈範圍
0.00
Occurance of Overheating
54
0
Apr May Jun Jul Aug Sep Oct
pmv
Apr May Jun Jul Aug Sep Oct
ovh
0.00
Apr May Jun Jul Aug Sep Oct
pmv
Apr May Jun Jul Aug Sep Oct
ovh
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本研究計畫的主要實驗對象為本所性能實驗群的中庭，如圖 4-1、4-2 所示，該中庭基本上是屬於玻璃帷幕建築，所用的玻璃為8mm 的綠色強化 玻璃。因該中庭並無裝設空調系統，所以只要天氣晴朗，便會感受到裡面 的悶熱。
圖 4-1 內政部建築研究所性能實驗群中庭正面
圖 4-2 內政部建築研究所性能實驗群中庭側面
由於該中庭面積較大，且屬開放性空間，並不適合於直接作為實驗場 所。所以本研究計畫，選擇該中庭的西北角，規劃出兩間朝向正西的實驗 室，如圖4-3 所示。其中一間作為實驗組，一間作為對照組。並於實驗結束 後，拆除復原。
配合研究計畫要進行的兩大類實驗：中庭的通風以及開窗面積、內遮 陽(窗簾)對室內熱環境的影響。所以特別在三公尺高度的地方利用隔熱材質 將實驗室分成上、下兩層。當進行一般窗簾對辦公室的熱環境影響時，僅 使用底層的實驗室，而進行中庭通風實驗時，則撤除中間的隔熱層，同時 使用上、下兩層實驗進行實驗。底層實驗室於離地 2.1 公尺處裝設移動式窗 型冷氣機，提供模擬一般辦公室所需的冷氣空調。實驗進行時，除測量其 室內環境的各種熱環境參數外，亦同時紀錄該移動式冷氣機的耗電量，因 此透過實測實驗除可以了解窗簾對辦公室熱環境的改善外，已可了解其對 空調耗電量的影響。圖4-4~4-6 是實驗室的現場照片。
圖 4-3 完工後的臨時實驗室外觀
圖 4-4 實驗場所規劃圖
圖 4-5 完工後的臨時實驗室內部
圖 4-6 完工後的臨時實驗室內部上方的排氣口
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本實驗預計進行兩大類實驗，第一類為有空調的辦公室環境下，窗戶 的開窗面積以及窗簾的使用對室內熱環境舒適度的影響；第二類為自然及 機械通風對中庭熱舒適度的影響，以及溫度分層的現況測量。本實驗以實 驗組及對照組進行同時的比對實驗，對照組固定保持原設計的全面玻璃帷 幕牆，而實驗組則依序改變不同的參數。
在辦公室環境的實驗中，實驗組的開窗面積改變分別為 50%，0%。在 不同的窗簾實驗中，本研究計畫共使用了四種窗簾，分別是橫式鋁百葉窗 簾、直式亞麻布百葉窗簾、紗質布簾以及遮光布簾。
在中庭通風部分，實驗組給於每小時 6 次的強制通風與對照組的自然 通風比較，除此之外，本研究團隊還對中庭的溫度分層現象進行實地測量。
實地測量時，配合中庭的窗戶全開、全關以及天氣的陰、晴分別進行測量。
實驗進行期間為一年中天氣最熱的六月中旬至九月下旬，預計每週更 換一種實驗模式，實驗流程如圖 4-7 所示。雖然每一模式至少進行 5 天的 實驗，但因實驗重點在於觀察各變動參數對阻斷太陽輻射熱進入室內，進 而對室內熱環境的影響，所以實驗進行期間，若遇到多雲或下雨等日照情 況不理想的天氣，則該日不進行實驗或不採用實驗結果。為了兼顧實驗進 度與數據的可信度，扣除不能使用的實驗數據，每一模式至少有兩天以上 的有效數據以供比對分析。雖然由於本實驗室朝向正西，只有在中午過後 才會受到直接日照，但實驗仍然從早上十點開始，但分析時只採用中午過 後的數據。
圖 4-8~4-12 是本次實驗所用的儀器設備於現場使用的狀況。
專家諮詢與現場會勘確定實驗室功
圖 4-8 本所室內氣候分析儀於現場應用情況
圖 4-9 本所室內氣候分析儀應於測量中庭熱舒適度情況
圖 4-10 利用標準黑球測量直接受到日照與未受到日照的黑球溫度
圖 4-11 利用瓦時計紀錄移動式窗型機的耗電
圖 4-12 利用多點式溫度紀錄器紀錄中庭溫度分層現象
圖 4-13 配合中庭強制通風裝設抽風機與風管施工情形
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09:30 10:10 10:50 11:30 12:10 12:50 13:30 14:10 14:50 15:30 16:10 16:50 時間
玻璃內表面溫度(C)
7月9日 7月24日
圖 5-1 晴朗天氣下玻璃室內側表面溫度變化
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在分析直接日照對室內熱環境舒適度的影響之前，先介紹 ASHRAE 用 於評估室內熱環境舒適度的操作溫度(operative temperature)
To=A*Ta+(1-A)*Tr (5-1) To：室內操作溫度
Ta：室內空氣溫度 Tr：室內平均輻射溫度 A：加權係數
對於一般辦公室而言，A=0.5，所以一般辦公室的操作溫度計算式為
To=0.5*Ta+0.5*Tr=(Ta+Tr)/2 (5-2) 也就是說辦公室的操作溫度是室內空氣溫度與平均輻射溫度的平均值。
為了測得直接日照對操作溫度的影響，實驗時使用兩個標準黑球，其 中一個置於可以受到日照的位置，另一個則置於不會受到日照的位置。利 用這兩個黑球量得直接日照區與非日照區的黑球溫度，再根據ISO 7726 標 準分別換算出其平均輻射溫度。圖 5-2 是室內受直接日照與不受直接日照下 的室內平均輻射溫度比較，圖中可看出在午後三點到五點間，受直接日照 的平均輻射溫度較無直接日照區的平均輻射溫度高出近4℃。而圖 5-3 是直 接日照區與非直接日照區的操作溫度比較，日照區的操作溫度較非日照區 的操作溫度高出近 2℃，但不管怎樣這兩者的操作溫度都超過 ASHRAE Standard 55 所建議的 24℃。
實驗日期:07/25/2003
10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 時間
10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 時間
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在開窗面積比對實驗中，本研究進行了 50%對 100%、0%對 100%兩種 開窗率的比對實驗。本實驗是利用保利龍板從室外遮蔽部分的開窗來達到 不同的開窗率，如圖4-24 所示。
圖 5-4 利用保利龍遮蔽部分開窗的情況
圖 5-5 未遮蔽部分開窗前的情況
圖5-6、5-7 是 50%開窗率對 100%開窗率的平均輻射溫度與操作溫度的 比對實驗結果。若以上午實驗組與對照組都未受到日照作為比較基準可以 發現，上午兩間實驗室內的平均輻射溫度與操作溫度相當一樣，分別為 27
℃及25.5℃。但到了下午二點以後，日光已能直接照射到玻璃表面及室內，
所以室內的平均輻射溫度也跟著上升，在100%開窗率下，室內平均輻射溫
所以室內的平均輻射溫度也跟著上升，在100%開窗率下，室內平均輻射溫