住宅都市更新案對於周邊風環境與熱環境之影響 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學地政學系碩士在職專班論文. 住宅都市更新案治. 政. 大. 立對於周邊風環境與熱環境之影響. ‧ 國. 學. The influence of Urban Renewal Residential Project. ‧. on Ambient Wind and Thermal Environment. n. er. io. sit. y. Nat. al. 中. 華. Ch. engchi. i n U. v. 研究生：江. 文. 勇撰. 指導教授：孫. 振. 義博士. 民. ｏ. 七. 國. 一. 年. 一. 月.

(2) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v.

(3) 誌謝時光荏苒，從職場重返校園之生活即將邁向尾聲，在一千多個日子的研究學習中，首先要感謝指導老師孫振義教授之教誨與付出，及系上老師們的指導，給予在專業學習與論文研究、撰寫上的多方建議，亦感謝衛萬明教授與林傳堯博士於口試時所給予的提點與指正，使得在論文研究與學習期間得以寫下一完美的終章。其次，亦感謝研究室的諸位夥伴，彥安學長、宛真學姊、靖雅、思宏、建宏、凱婷、曹妤、偉慈及靖儒等，不論是在校學習抑或論文研究中給予不吝之協助與支持，使個人在研究學習的生涯中充滿諸多美好的回憶；同時. 政治大. 感謝所有的 103 年碩專班同班同學，大家彼此間相互的砥礪與扶持，亦是. 立. 能使個人走完論文與學習的最終動力。. ‧ 國. 學. 最終，感謝所有我深愛的家人與朋友們，有各位默默的支持與鼓勵，是個人離校多年後還能重返校園繼續學習的能量來源以及重要的精神支撐，. ‧. 並在個人漫長的學習生涯中陪同一起渡過；亦感謝求學期間協助工作的所. sit. y. Nat. 有公司同仁們，使個人得以在無後顧之憂的情況下進行學習與精進。. al. n. 感於心。. er. io. 最後，謹將此榮耀獻與各位，因為有各位而得以彰顯不凡，亦使個人永. Ch. engchi. i n U. v. 江文勇. 2018 年春·台北.

(4) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v.

(5) 摘要都市更新是為改善都市環境之重要方法之一，因此，本研究係透過都市更新住宅案例在更新前後與相關環境因子進行分析，藉由 CFD(Computational fluid dynamics)模擬方式來釐清都市更新完成後周邊風環境與熱環境之影響狀況。研究結果顯示，住宅都市更新案對於周邊風環境與熱環境之影響，就風環境係屬顯著，而熱環境得視個案而定，同時主要影響區域約略在 100~150 公尺之範圍內。而模擬結果亦顯示，建築物低樓層的退縮、棟距調整、鋪面材質更改將會影響更新後之風環境與熱環境。建議未來可將模擬範圍、建築物退縮及棟距距離及地面材質納入都市. 政治大. 更新風環境與熱環境之評估準則，以規範明確之環境審議機制，並使規劃. 立. 評估者有可遵循之依據，亦可確保模擬的可靠度。. ‧ 國. 學. Nat. n. al. er. io. sit. y. ‧. 關鍵字：都市更新、風環境、熱環境、CFD 模擬. Ch. engchi. I. i n U. v.

(6) Abstract Urban renewal is one of the most important ways to improve the urban environment. Therefore,this study conducted an analysis of environmental factors in residential cases before and after urban renewal and clarified the impact of urban renewal on the wind environment and the thermal environment of the ambient areas using computational fluid dynamics (CFD) simulation. The results of the study showed that the residential cases had a consistently significant impact on the wind environment, while the impact on the thermal environment varied from case to case. The main impacted area fell within a radius of 100~150 m.. 政治大 adjustments to building distance, and changes in paving will impacted the wind 立 According to the results of the simulation, the shrink of buildings’ low floors,. ‧ 國. 學. environment and the thermal environment following urban renewal.. In the future, we recommend that researchers include evaluations of the wind. ‧. environment and thermal environment of urban renewal in the scope of simulation, shrink of buildings, building distance, and paving in order to clearly. y. Nat. sit. determine the mechanisms for environmental review for evaluators’ reference and. n. al. er. io. ensure the reliability of the simulation.. Ch. engchi. i n U. v. Keywords: Urban renewal, Wind environment, Thermal environment, CFD simulation. II.

(7) 住宅都市更新案對於周邊風環境與熱環境之影響. 目錄誌謝摘要 ..................................................................................................................... I ABSTRACT ....................................................................................................... II 第一章. 緒論................................................................................................... 1-1. 第一節研究動機與目的..............................................................................1-1 一、研究動機 ..............................................................................................1-1 二、研究目的 ..............................................................................................1-2 第二節研究範圍與內容..............................................................................1-3. 政治大. 一、研究範圍 ..............................................................................................1-3. 立. 二、研究內容與方法 ..................................................................................1-4. ‧ 國. 第二章. 學. 第三節研究流程..........................................................................................1-7 文獻分析與理論應用....................................................................... 2-1. ‧. 第一節文獻分析..........................................................................................2-1. y. Nat. 一、都市更新相關研究 ..............................................................................2-1. io. sit. 二、風環境研究 ..........................................................................................2-3. n. al. er. 三、熱環境研究 ..........................................................................................2-7. i n U. v. 第二節相關理論應用................................................................................ 2-11. Ch. engchi. 一、風環境工程學 .................................................................................... 2-11 二、計算流體力學(CFD) ..........................................................................2-16 三、環境模擬個案研究 ............................................................................2-20 第三節小結................................................................................................2-23 第三章. 個案研究設計................................................................................... 3-1. 第一節研究設計..........................................................................................3-1 一、研究對象 ..............................................................................................3-1 二、研究範圍 ..............................................................................................3-1 第二節研究個案選定..................................................................................3-2 一、個案選定原則 ......................................................................................3-2 目錄-I.

(8) 目錄. 二、個案說明 .............................................................................................. 3-3 第三節模擬計畫 ....................................................................................... 3-10 一、計算範圍條件之設定 ........................................................................ 3-10 二、模型說明 ............................................................................................ 3-10 三、網格條件 ............................................................................................ 3-11 四、邊界條件 ............................................................................................ 3-12 五、計算模型說明 .................................................................................... 3-13 六、求解控制參數設定 ............................................................................ 3-13 七、研究模擬限制 .................................................................................... 3-14 八、研究評估方法 .................................................................................... 3-14. 政治大模擬與實證分析立 .............................................................................. 4-1. 第四節小結 ............................................................................................... 3-15 第四章. ‧ 國. 學. 第一節各研究區氣象資料分析 ................................................................. 4-1 一、板橋區氣象資料 .................................................................................. 4-1. ‧. 二、中和區氣象資料 .................................................................................. 4-4 三、永和區氣象資料 .................................................................................. 4-6. Nat. sit. y. 第二節研究區實證模擬分析 ..................................................................... 4-9. er. io. 一、計算範圍調整模擬分析 ...................................................................... 4-9. al. 二、更新前後計算範圍調整方案模擬結果 ............................................ 4-10. n. v i n C h ....................................................... 第三節整體研究個案實證模擬分析 4-17 engchi U 一、更新前後模擬資料說明 .................................................................... 4-17 二、更新前後模擬對照 ............................................................................ 4-20 第四節小結 ............................................................................................... 4-33 一、風環境 ................................................................................................ 4-33 二、熱環境 ................................................................................................ 4-33 第五章. 都市更新基地風環境與熱環境改善策略 ...................................... 5-1. 第一節風環境改善策略 ............................................................................. 5-1 一、建築調整方案模擬 .............................................................................. 5-1 二、個案Ⅲ棟距調整模擬 .......................................................................... 5-3 三、個案Ⅵ棟距調整模擬 .......................................................................... 5-6 目錄-II.

(9) 住宅都市更新案對於周邊風環境與熱環境之影響. 第二節熱環境改善策略..............................................................................5-9 一、建築調整方案模擬 ..............................................................................5-9 二、個案Ⅲ調整方案熱通量改善.............................................................5-10 三、個案Ⅵ調整方案熱通量改善 ............................................................5-12 四、個案Ⅲ與個案Ⅵ熱環境調整比較分析 ............................................5-13 第三節小結................................................................................................5-14 一、風環境 ................................................................................................5-14 二、熱環境 ................................................................................................5-14 第六章. 結論與建議....................................................................................... 6-1. 第一節研究結論..........................................................................................6-1. 政治大二、更新後建築調整模擬結果 ..................................................................6-2 立一、都市更新前後模擬結果 ......................................................................6-1. ‧ 國. 學. 三、更新後建築棟距與面寬調整模擬結果 ..............................................6-2 四、更新後基地地面熱通量調整模擬結果 ..............................................6-3. ‧. 第二節後續建議..........................................................................................6-4 一、評估範圍之擬定 ..................................................................................6-4. Nat. sit. y. 二、模擬評估準則之建立 ..........................................................................6-4. er. io. 三、都市更新地區在風環境與熱環境評估準則之建立 ..........................6-4. al. 四、風環境與熱環境之模擬流程建議 ......................................................6-5. n. v i n Ch 參考文獻 ......................................................................................................... 參-1 engchi U. 目錄-III.

(10) 目錄. 圖目錄圖 1-1 基地面寬與建築立面寬度之管制 ....................................................... 1-4 圖 1-2 研究流程圖 ........................................................................................... 1-7 圖 2-1 街道布局的走向示意圖 ........................................................................ 12 圖 2-2 街道布局模式示意圖 ............................................................................ 12 圖 2-3 建築的高低差異可增進空氣流動 ........................................................ 13 圖 2-4 減少平台面積與階梯式平台示意圖 .................................................... 13 圖 2-5 迎風面渦漩示意圖 ................................................................................ 14. 政治大. 圖 2-6 建築物尾流示意圖 ................................................................................ 14. 立. 圖 2-7 遮蔽效應示意圖 .................................................................................... 14. ‧ 國. 學. 圖 2-8 縮流效應示意圖 .................................................................................... 14 圖 2-9 渠化效應示意圖 .................................................................................... 15. ‧. 圖 2-10 數值模擬步驟流程圖 .......................................................................... 17. y. Nat. io. sit. 圖 2-11 不同地況之風速分布圖 ...................................................................... 19. er. 圖 2-12 環境模擬成果圖 .................................................................................. 22. al. n. v i n Ch 圖 3-1 個案Ⅰ區位及相關圖面 ............................................................................. 4 engchi U 圖 3-2 個案Ⅱ區位及相關圖面 ............................................................................ 5 圖 3-3 個案Ⅲ區位及相關圖面 .......................................................................... 6 圖 3-4 個案Ⅳ區位及相關圖面 .......................................................................... 7 圖 3-5 個案Ⅴ區位及相關圖面 ........................................................................... 8 圖 3-6 個案Ⅵ區位及相關圖面 .......................................................................... 9 圖 3-7 計算域範圍與模型邊界說明圖 ............................................................ 10 圖 3-8 模型網格切分與網格差異示意圖 ........................................................ 12 圖 3-9 邊界條件設定示意圖 ............................................................................ 12 目錄-IV.

(11) 住宅都市更新案對於周邊風環境與熱環境之影響. 圖 4-1 板橋區 2012~2016 年月均溫度圖 ........................................................... 2 圖 4-2 板橋區 2012~2016 年夏季風花圖 ........................................................... 3 圖 4-3 中和區 2012~2016 年月均溫度圖 ........................................................... 4 圖 4-4 中和區 2012~2016 年夏日風花圖 ........................................................... 6 圖 4-5 永和區 2014~2016 年月均溫度圖 ........................................................... 7 圖 4-6 永和區 2014~2016 年夏日風花圖 ........................................................... 8 圖 6-1 風環境與熱環境模擬流程圖 ................................................................... 5. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 目錄-V. i n U. v.

(12) 目錄. 表目錄表 2-1 影響行人之蒲福風級表(Effects of wind on people) .............................. 3 表 2-2 行人風效應表 .......................................................................................... 4 表 2-3 村上評價基準表 ...................................................................................... 4 表 2-4 住宅區及風害敏感地區之評估標準 ...................................................... 6 表 2-5 臺灣主要直轄市夏季舒適風速標準表 .................................................. 6 表 2-6 臺灣舒適度分級表 .................................................................................. 7 表 2-7 SET*熱感覺分級表 ................................................................................. 8. 政治大. 表 2-8 PET 與感覺、生理感受關係表 .............................................................. 9. 立. 表 2-9 CFD 運算法分析表 ............................................................................... 18. ‧ 國. 學. 表 2-10 κ-ε 紊流模型分類表 ............................................................................ 18. ‧. 表 2-11 地況與相關係數表 .............................................................................. 19 表 2-12 個案研究之文獻彙整表 ...................................................................... 20. y. Nat. er. io. sit. 表 3-1 新北市都市更新案件統計表................................. 2 表 3-2 新北市部分行政區人口數及面積統計表....................... 2. al. n. v i n Ch 表 3-3 個案選定分類表........................................... 3 engchi U 表 3-4 個案選定說明表........................................... 3 表 3-5 個案Ⅰ基本資料表......................................... 4 表 3-6 個案Ⅱ基本資料表......................................... 5 表 3-7 個案Ⅲ基本資料表......................................... 6 表 3-8 個案Ⅳ基本資料表......................................... 7 表 3-9 個案Ⅴ基本資料表......................................... 8 表 3-10 個案Ⅵ基本資料表........................................ 9 表 3-11 正交品質(Orthogonal Quality)網格品質量表............... 11 目錄-VI.

(13) 住宅都市更新案對於周邊風環境與熱環境之影響. 表 3-12 傾斜變形度 (Skewness)網格品質量表 ...................... 11 表 3-13 邊界條件設定表 ......................................... 12 表 3-14 求解控制參數設定表 ..................................... 14 表 4-1 板橋區 2012~2016 年月均溫度表 ........................................................... 1 表 4-2 板橋區 2012~2016 年 6~9 月風速風向表 .............................................. 2 表 4-3 板橋區 2012~2016 年 6~9 月風向機率表 .............................................. 3 表 4-4 中和區 2012~2016 年月均溫度表 ........................................................... 4 表 4-5 中和區 2012~2016 年 6~9 月風速風向表 .............................................. 5. 政治大. 表 4-6 中和區 2012~2016 年 6~9 月風向機率表 .............................................. 5. 立. 表 4-7 永和區 2014~2016 年月均溫度表 ........................................................... 6. ‧ 國. 學. 表 4-8 永和區 2012~2016 年 6~9 月風速風向表 .............................................. 7. ‧. 表 4-9 永和區 2014~2016 年 6~9 月風向機率表 .............................................. 7 表 4-10 研究區域氣象數據統整表 ..................................................................... 8. y. Nat. er. io. sit. 表 4-11 計算範圍調整後更新前後模擬資料對照表 ......................................... 9 表 4-12 個案Ⅱ計畫範圍調整方案風環境模擬結果對照表 ............................ 11. al. n. v i n Ch 表 4-13 個案Ⅱ計畫範圍調整方案熱環境模擬結果對照表 ............................ 12 engchi U 表 4-14 個案Ⅲ計畫範圍調整方案風環境模擬結果對照表 ........................... 13 表 4-15 個案Ⅲ計畫範圍調整熱環境模擬結果對照表 ................................... 14 表 4-16 個案Ⅴ計畫範圍調整方案風環境模擬結果對照表 ............................ 15 表 4-17 個案Ⅴ計畫範圍調整方案熱環境模擬結果對照表 ............................ 16 表 4-18 調整個案風環境與熱環境模擬成果說明表 ....................................... 17 表 4-19 個案更新前後模擬資料對照表 ........................................................... 19 表 4-20 個案Ⅰ更新前後風環境模擬結果對照表 ............................................. 21 表 4-21 個案Ⅰ更新前後熱環境模擬結果對照表 ............................................. 21 目錄-VII.

(14) 目錄. 表 4-22 個案Ⅱ更新前後風環境模擬結果對照表 ............................................ 23 表 4-23 個案Ⅱ更新前後熱環境模擬結果對照表 ............................................ 23 表 4-24 個案Ⅲ更新前後風環境模擬結果對照表 .......................................... 25 表 4-25 個案Ⅲ更新前後熱環境模擬結果對照表 .......................................... 25 表 4-26 個案Ⅳ更新前後風環境模擬結果對照表 .......................................... 27 表 4-27 個案Ⅳ更新前後熱環境模擬結果對照表 .......................................... 27 表 4-28 個案Ⅴ更新前後風環境模擬結果對照表 ........................................... 29 表 4-29 個案Ⅴ更新前後熱環境模擬結果對照表 ........................................... 29. 政治大. 表 4-30 個案Ⅵ更新前後風環境模擬結果對照表 .......................................... 31. 立. 表 4-31 個案Ⅵ更新前後熱環境模擬結果對照表 .......................................... 31. ‧ 國. 學. 表 4-32 個案風環境與熱環境模擬成果說明表 .............................................. 32. ‧. 表 5-1 個案Ⅲ建築調整方案模擬資料對照表 .................................................. 2 表 5-2 個案Ⅲ建築調整方案風環境模擬結果對照表 ...................................... 3. y. Nat. er. io. sit. 表 5-3 個案Ⅲ建築棟距調整方案模擬資料對照表 .......................................... 4 表 5-4 個案Ⅲ建築棟距調整方案風環境模擬結果對照表 .............................. 5. al. n. v i n Ch 表 5-5 個案Ⅵ建築棟距調整方案模擬資料對照表 6 U e n g c h i .......................................... 表 5-6 個案Ⅵ建築棟距調整方案風環境模擬結果對照表 .............................. 8 表 5-7 個案Ⅲ調整方案熱環境模擬結果對照表 ............................................ 10 表 5-8 個案Ⅲ調整方案熱環境模擬結果對照表 .............................................11 表 5-9 個案Ⅵ熱環境模擬結果對照表 ............................................................ 13. 目錄-VIII.

(15) 住宅都市更新案對於周邊風環境與熱環境之影響. 第一章第一節. 緒論. 研究動機與目的. 一、研究動機都市環境的永續發展及居住環境之改善，長期以來都是都市規劃者努力而意欲達成的目標。隨著開發中及已開發國家之都市快速向外發展影響，密集的建築與人口大量的移入，除造成新舊社區的交雜，亦伴隨都市熱島效應(Urban Heat Island Effect)等環境問題的產生 (林憲德等，2005；孫振義等，2006；簡子翔，2013；孫振義，2003)，在全球極端氣候的影響下，具人口高度集中的都市地區，更易遭受環境問題的衝擊。而部分的都市熱島效應可藉由都市的通風廊道，來調整地區的微氣候並減少空氣污染的影. 政治大成適宜之環境狀態(何明錦等，2015)，進而提升都市整體住居及行人活動立之舒適性；因此，透過實測或模擬方式進行都市風環境與熱環境問題的探響(林憲德，2007)，其產生的通風效果能減輕地表輻射熱與高溫現象，達. ‧ 國. 學. 討及其成因之分析(Sun，2017；孫振義，2017；孫振義、簡子翔，2016；呂罡銘等，2013；呂罡銘等，2011；孫振義等，2010；林憲德等，2008)，. ‧. 便成為永續城市(Sustainable city)發展重要的研究範疇之一。. y. Nat. 改善都市環境問題的手法多元，可藉由融合相關都市計畫及建築規劃. sit. 等方法來達成，都市更新即可為其中的方法之一。近年來內政部營建署將. al. er. io. 「公辦都更，都市再生」列為當前重大政策之一，期望藉由都市更新之手. n. v i n C h ，甚至達成都市防災之效果。而為促進都市更新區域內的居住環境舒適性 engchi U 更新的推動，多數是透過容積獎勵機制加以進行(陳威臣，2013)，但更新法，將老舊及不敷使用之區域再開發利用，改善都市機能，同時調整都市 1. 地區所增加的容積亦使區域人口、公共設施負荷之增加，及對環境舒適性，包含︰風環境、熱環境等環境狀態造成影響，而在未達相關法令規定(環境影響評估等)之規模或開發地區時，則無加以檢核之機制，故多難以評估都市更新後，對周遭環境造成影響之情況。近年對都市更新之研究除從法制、財務、推行等各面向探討外，未來亦應將環境品質或環境舒適性等相關要件，包含公共設施的齊備性與都市更新基地之外部環境等加以考量，甚至增加與環境影響評估關聯性之探討. 1. 為促進都市土地有計畫之再開發利用，復甦都市機能，改善居住環境，增進公共利益。 (都市更新條例 §1). 1-1.

(16) 第一章緒論. (胡海豐，2015；劉佳其，1999；吳翊安，2014)。在過往國內文獻回顧中，除探討都市更新容積獎勵機制、公共利益及推動執行層面等議題外，鮮少針對都市更新基地外部環境影響之相關研究；因此，本研究對都市更新後之基地外部環境的影響性加以探討，藉由都市更新前後的環境境模擬比對，來釐清基地完成都市更新後周邊區域之風環境與熱環境狀態，並進一步分析其是否能真正達成都市環境之改善，進而彰顯其對都市環境之貢獻及其部分之公益性。同時透過風環境與熱環境的模擬方式進行，並將研究範圍擴大至都市更新區域基地外之周邊環境，並就其開發行為之可能影響情況加以探討。本研究透過住宅類型的都市更新重建案之風環境與熱環境等部份環境因子分析，進而評估其對周遭都市街道與建築之影響，並探討其可能之. 政治大環境影響之參考資訊。此外，藉以建立一合理的都市設計準則，則可提供立未來相關審議原則之參考依據，亦可提供同區域之住宅類型都市更新案例影響範圍，未來可提供主管機關在既有及審議中之都市更新案件對其周邊. ‧ 國. 學. 的市街規劃與建築管理之運用，甚至可擴大應用於整體開發區域、重劃區域的開發評估。最終，本研究之成果可提供都市規劃或設計者針對風環境. sit. y. Nat. 二、研究目的. ‧. 與熱環境在規劃設計階段時，能有可遵循之原則。. io. er. 本研究基於上述之研究動機，故針對都市更新案例藉由相關環境模擬機制以減少都市更新爭議性，並進行探討與分析，以達到下列諸項研究目. al. n. 的：. Ch. engchi. i n U. v. (一) 提出住宅都市更新案件之環境模擬與建築改善方針，以供相關主管機關針對更新單元之整體規劃設計之容積獎勵審議時核給調整參考。 (二) 釐清都市更新案例更新前後對風環境與熱環境之影響，並可運用於住宅類型都市更新案例的市街規劃與建築管理。 (三) 提供規劃設計者進行建築配置時針對風環境與熱環境之模擬工具運用範例，以茲作為規劃設計階段之遵循依據。. 1-2.

(17) 住宅都市更新案對於周邊風環境與熱環境之影響. 第二節. 研究範圍與內容. 一、研究範圍都市風環境與熱環境之研究著重於都市內之有效通風及居住使用者之舒適性探討，其探討應擴及於周邊區域，方可明瞭其影響所及之範圍。因此，未來在新開發地區應將此環境影響因子納入先期的管理與評估，可避免因開發行為而造成對周遭環境產生不當的影響。而有關風環境與熱環境是否應進行評估之規定，在國內相關環境影響評估法規中，「開發行為環境影響評估作業準則」第二十二條中規定，如開發行為有七十公尺以上之高層結構體者(煙囪除外)，其可能產生之風場、日照、電波以及空氣污染物擴散之干擾等負面影響，應予預測及評估，並. 政治大實施環境影響評估細目及範圍認定標準」第二十六條中，則將高樓建築應立實施環境影響評估之認定範圍，包括：樓層三十層以上或高度一百公尺以. 提出因應對策；必要時應進行相關之模擬分析或試驗。同時「開發行為應. ‧ 國. 學. 上之住宅大樓；另樓層二十層以上或高度七十公尺以上之辦公、商業或綜合性大樓等納入應進行環境影響評估之範圍。. ‧. 其次，在台北市則有「綜合設計公共開放空間設置及管理維護要點」. y. Nat. 之規範，當建築物高度超過六十公尺，應做風洞效應評估，並側重高層建. sit. 築物所可能產生之微氣候及對公共開放空間使用之影響，與建築物之量體. al. n. 之探討範圍。. er. io. 及配置對公共開放空間微氣候等之影響檢討等，皆應納入對都市環境影響. Ch. engchi. i n U. v. 另外，在「新北市板橋（江翠北側地區）之都市設計審議原則」更將環境管制事項納入規範，其原則是為促進環境通風的效果，降低都市熱島效應，並避免高樓風對人行環境的影響；因此沿河第一排街廓之高層建築物，應提出環境風場試驗成果說明，作為都市設計審議之參考。同時並規定當建築基地平均寬度大於十五公尺以上者，建築物各幢立面最大寬度（以淨寬度計算）與送審基地平均寬度之百分比應不大於百分之七十為原則（圖 1-1），避免造成開發地區之不當環境影響。如同前述，由於住宅類型之都市更新地區的開發規模、型態及所在位置未必皆能符合上述相關法規或原則，以致欠缺環境評估管制之機制。但考量都市更新地區皆位於都市早期發展區域，未來完成更新後，其環境新舊更迭，伴隨而來多為高層建築的產生，同時可能影響行人及周邊使用者的安全性及舒適性，亦對都市未來整體的發展及其周邊環境造成一定程度 1-3.

(18) 第一章緒論. 之影響，若能於事前評估規劃，抑或給予合適之規範限制，則對都市環境之改善將可達較適效果。因此，本研究將著重於未達法令規定之建築規模或非屬於管制地區之都市更新住宅案例，尤其是屬於規模容積獎勵區域、完整街廓容積獎勵、退縮人行道更新容積獎勵案例等；以及未來更新完成後，係屬因容積獎勵而達 15 層樓以上之高層建築及更新完成後量體規模較大的住宅社區為研究之空間範圍。. 政治大. 立. 資料來源：新北市政府電子法規查詢系統2，2017. Nat. sit. n. al. er. io. (一) 研究內容. y. 二、研究內容與方法. ‧. ‧ 國. 學. 圖 1-1 基地面寬與建築立面寬度之管制. i n U. v. 本研究內容分別為文獻分析與理論應用探討、個案研究、模擬. Ch. engchi. 實證分析，最終提出具體的結論與建議。 1. 文獻分析與理論應用. 此說明內容將從相關文獻之論述來探討都市更新相關各面向之論述整理，包含：法制面、估價財務面、執行面及環境品質面等內容加以探討；並就建築物之環境型態與都市熱、風環境與行人舒適性關聯性論述之整理。而相關之理論應用，包含：計算流體力學(Computational Fluid Dynamics，簡稱 CFD)、風環境動力學等之應用說明，並從數值模擬預測(Numerical simulation)相關文獻分析出最適之運用方法與工具。透過上述論述之歸納分析，. 2. 新北市政府電子法規查詢系統，上網日期 2017 年 11 月 20 日，檢自： (http://web.law.ntpc.gov.tw/Scripts/NewsDetail.asp?no=1C0150091). 1-4.

(19) 住宅都市更新案對於周邊風環境與熱環境之影響. 從中研擬出本研究之主軸，同時用以確定本研究之研究方向及研究方法。 2. 個案研究本研究首先選擇都市更新住宅案例進行分析研究，並藉由文獻回顧所探討出之最適運用工具及影響都市環境之各項環境參數(包含：模擬場域之範圍、角度、風速等相關因子)，作為未來進行模擬環境之各項參數值而擬定模擬計畫，並選擇適當個案分別進行都市更新前後之環境模擬與分析。 3. 實證模擬分析環境模擬之評估分析，在於運用實際氣候條件配合模擬場域. 政治大連動關係，建立一個合理的實證模擬。透過環境的模擬，可比對立都市更新後之基地前後環境之差異外，並分析其對周邊之影響程之三度空間範圍的組成，透過適當的模擬參數與場域內各建物之. ‧ 國. 學. 度，及研擬出適當之模擬範圍。. 將選定之住宅都市更新個案進行更新前後之相關實證，運用. ‧. CFD 之環境模擬方程式及藉由文獻分析及個案研究得出之各項. y. Nat. 環境參數因子(包含：模擬場域之三度空間範圍、入風高度、風. sit. 速、溫度等相關因子)；運用 CFD 模擬進行實證模擬及調整方案. n. al. er. io. 模擬，最終完成個案前後環境模擬比對後，同時彙整相關模擬數. v. 據與分析成果，以提供未來環境規劃設計的參考與建議。. Ch. engchi. 4. 風環境與熱環境改善策略. i n U. 為證實風環境與熱環境改善策略，本研究遴選適當個案進行更新後建築調整，藉由建蔽率與建築配置型態及鋪面材質之改變，以模擬分析探討風環境與熱環境改善之可能方式，並作為日後相關研究之參考應用。同時，本研究結合實證模擬與改善策略成果，作為結論與建議之佐證依據。 5. 結論與建議本研究運用都市更新實際案例為基礎，進行 CFD 環境模擬分析，以釐清周遭都市街道與建築在都市更新前後之風環境與熱環境之變化關聯性與可能造成的影響範圍。本研究之具體結論與建議未來可作為主管機關在都市更新審議機制之審議參考依據。 1-5.

(20) 第一章緒論. 亦可提供都市規劃或設計者針對風環境與熱環境在規劃設計階段之可遵循原則。 (二) 研究方法本研究方法將運用文獻分析、個案研究分析、實證模擬分析，最終提出具體的結論與建議。 1. 歸納分析法此說明內容將從相關文獻之論述來探討都市更新相關各面向之論述整理；另一方面就建築物之環境型態與都市風、熱環境與行人舒適性關聯性論述之整理。並運用相關之理論，包含：計算流體力學(CFD)、風環境動力學等之應用說明，並從數值模擬. 政治大. 預測(Numerical simulation)相關文獻歸納分析出最適之運用方法. 立. 與工具。. ‧ 國. 學. 2. 個案研究法. 依據不同的住宅都市更新個案類型加以分類，選擇適宜的研. ‧. 究個案；並藉由文獻內容所探討出最適運用工具及影響都市環境之各項環境參數，包含：模擬場域之範圍、溫度、風速等相關因. sit. y. Nat. 子，作為未來進行模擬環境之各項參數值而擬定模擬計畫。最後. io. 3. 實證分析法. er. 將選擇適當個案分別進行都市更新前後之環境模擬。. al. n. v i n Ch 環境模擬之評估分析，在於運用實際氣候條件配合模擬場 engchi U 域之三度空間範圍的組成，透過適當的模擬參數與場域內各建物之連動關係，建立一個合理的實證模擬。透過環境的模擬，可比對都市更新後之基地前後環境之差異外，並分析其對周邊之影響程度，及研擬出最適模擬範圍。將選定之住宅更新個案進行更新前後之相關實證，運用計算流體力學（CFD）之環境模擬方程式及藉由文獻內容歸納分析及個案研究得出之各項環境參數因子，包含：模擬場域之三度空間範圍、梯度高度、風速等相關因子，來進行比對分析，最終完成個案前後環境模擬比對，同時彙整分析出相關模擬數據與成果，以提供未來環境規劃設計的參考與建議。. 1-6.

(21) 住宅都市更新案對於周邊風環境與熱環境之影響. 第三節. 研究流程. 本研究共分為六個章節加以陳述，第一章說明選定都市更新與周邊環境影響之關聯探討所產生的動機與目的；第二章透過文獻回顧及理論應用來說明過往研究所探討之最適應用參數及相關建議；第三章則是以實際個案之遴選方式及評估出最適模擬計畫作為後續實證之應用；第四章為個案之模擬實證，針對分別個案進行前後比對分析後提出具體調整方案；第五章是為提出風環境與熱環境之改善策略；最終於第六章提出本研究之結論與建議。研究流程圖如下說明(圖 1-2)。研究動機與目的第一章. 政治研究範圍與內容大. 緒論. 立. ‧ 國. 學. 文獻分析及理論應用一、都市更新相關研究/風環境研究/ 熱環境研究. ‧. 第二章. 研究流程. 文獻分析及理論應用. sit. al. n. 個案研究設計. 三、環境模擬案例分析. er. io 第三章. y. Nat. 二、風環境工程/計算流體力學(CFD). Ch. v. 都市更新個案篩選分析. engchi. i n U. 個案模擬計畫. 計算範圍實證模擬分析. 第四章模擬實證分析. 整體研究個案實證模擬分析第五章. 風環境與熱環境改善策略. 風環境與熱環境改善策略第六章. 結論與建議. 結論與建議. 圖 1-2 研究流程圖 1-7.

(22) 第一章緒論. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 1-8. i n U. v.

(23) 住宅都市更新案對於周邊風環境與熱環境之影響. 第二章第一節. 文獻分析與理論應用. 文獻分析. 一、都市更新相關研究都市更新既有之研究面向眾多，可簡單歸納且大多數以：法律制度面、估價財務面、推動執行面進行探討，例如： (一) 法律制度面法律制度面向多從制度模式或法理分析為主，在此相關研究中多剖析現行制度或法理之不足處，亦有從公共利益向度予以檢討，陳立夫(2008)認為都市更新事業應從整體都市土地利用計畫之引導. 政治大. 下進行，並以建構地區居民利益為中心制度作為其出發點；陳明燦 (2016)則將都市更新之公共利益以密(強)度來區分類型，並建議應依. 立. 不同之類型，來決定實施者之擔任；兩者立論皆是探討都市更新與. ‧ 國. 學. 公共利益之要件與程序是否完備，對於所有權人之財產權等權益保障與公共利益之平衡點出發以為考量，而其他學者在此相關研究領域亦多有著墨。. ‧. (二) 估價財務面. y. Nat. sit. 都市更新成本與財務分析於都市更新之推動亦多有關連，陳奉. er. io. 瑤等(2016)認為增加資訊透明度，有助於縮短更新時程、增加實施者的報酬，且實施主體若為更新會，資訊較為透明度，可減少代理. n. al. Ch. i n U. v. 成本，而有相當報酬，同時增加其推動之意願；而彭建文等(2011)論. engchi. 及當建築物殘餘耐用年限尚餘 20 年時，參與都市更新可獲得正投資報酬，但考慮市場租金不確定風險下，仍未達到更新門檻時，將延後不動產所有權人的更新參與時機，市場情況仍為影響都市更新推動與否的主要原因，當老舊衰敗地區整體環境無法提供市場誘因，更新推動之成效不易達成。皆是從成本與報酬觀點探討都市更新推動之誘因與可行性，並分析所有權人投入之意願與更新時程縮短之可能性。 (三) 推動執行面在檢視都市更新推動執行層面上，吳鎮宇(2014)認為當前都市更新政策依然被認為難以體現公共利益，其原因包含：資訊不對稱性、整體規劃之缺乏、法規尚有缺失、參與機制不健全等因素，使. 2-1.

(24) 第二章文獻分析與理論應用. 所有權人與實施者相互間之不信任肇致推動執行產生阻力；胡海豐 (2015) 從制度經濟的面向來檢視都市更新，認為現行的容積移轉與獎勵措施可以提升都市更新案的經濟效率性，但必須特別關注容積移轉與獎勵所造成的環境外部性，避免為增加執行率而造成周邊環境之影響；邊泰明等(2012)以實施者信賴為影響居民都更整體信任程度之最重要因素，並可做為更新認知與都更整體信任程度間之中介，亦由於上述問題缺失，使實施者信賴欠缺，推動執行成效不彰。然而在有關環境品質面向方面，都市更新對於周邊環境之影響，在過往相關之研究上實係屬較為不足，但尚有部分文獻論述於此。例如：林君娟等(2010) 針對低樓層住宅更新地區進行研究，結果顯示當容積率放寬及都市風廊道設計納入都市更新區域則有助於更新後行人風場舒適度的提. 政治大於都市更新事業計畫書中載明對周邊地區之通風、採光、日照、大樓風環立境等影響評估結果提出說明，減少對周邊環境之衝擊；而就容積獎勵與周升；而吳翊安(2013)則認為在進行都市更新事業計畫審查階段時，應要求. ‧ 國. 學. 邊設施容受力探討，現行無論新舊市區的容積獎勵，皆超出都市計畫之指導，造成相關公共設施額外之負擔與衝擊；同時現階段都市內之公共設施. ‧. 亦無法滿足居民之需求，在容積增加後亦無法獲得實質之改善，應配合地區之設施容受力分析，而決定容積獎勵之相關機制，同時都市更新之目的. y. Nat. sit. 應在於提升環境品質，而藉由容積獎勵所提供之公益設施卻無法因地制宜 2014；陳威臣，2013；劉佳其，1999)。. al. er. io. 的滿足周邊地區之需求，除造成周邊環境之影響亦使其公益性降低(沈淑敏，. n. v i n Ch 綜觀上述說明，都市更新之研究領域相當廣泛，但單就本研究主軸之 engchi U 以環境品質面向探討而言，過往研究雖亦強調都市更新後外部環境之影響，但多半從設施容受力之角度去探討，難以明確說明更新前後之實質差異與環境改善狀況。過往雖有針對都市更新案件之環境模擬研究，卻係屬中低樓層之都市更新重建區域為主，而近年之都市更新重建案例多屬高層住宅建築為主，有鑑於此，本研究將透過都市更新後之高層住宅建築區域與更新前中低樓層住宅建築區域之前後環境模擬比對，並分析其實質差異，將以利澄清都市更新對外在環境之相關影響性。. 2-2.

(25) 住宅都市更新案對於周邊風環境與熱環境之影響. 二、風環境研究都市環境風場的影響可先從風速的變化對行人的感受及區域環境之影響來探討。以下茲就以國內外各文獻提出之研究說明加以敘述整理。 (一) 標準風環境評估-蒲福風級(Beaufort Scale) 風環境之風力分級皆以蒲福風級(Beaufort Scale)為標準，多常用於氣象尺度；Lawson 及 Penwarden 於 1975 年將蒲福風級標準予以調整(表 2-1)。而實際風速與蒲福風級之經驗關係式為：Ｖ=0.836*Ｂ^(3/2). 公式 1. 政治大表 2-1 影響行人之蒲福風級表(Effects of wind on people) 立Ｂ為蒲福風級數，Ｖ為風速（單位：公尺/秒）. 影響. 風速. 學. 風級. 風之描述. ‧ 國. 蒲福. m/s. 無風 clam. 1. 軟風 light air. 無明顯風向. 2. 輕風 slight breeze. 人臉感覺有風. 3. 微風 gentle breeze. 頭髮飛揚，衣服飄展，報紙難以閱讀. 3.4-5.4. 4. 和風 moderate breeze. 塵土及碎紙被風吹揚，頭髮難以整理. 5.5-7.9. 5. 清風 fresh breeze. 6. 強風 strong breeze. 7. 疾風 near gale. 8. 大風 gale. 9. 烈風 strong gale. y. sit. 風強影響人體，進入有風區域感到有障礙. 1.6-3.3. 8.0-10.7. n. er. io. al. 0-0.2 0.3-1.5. ‧. Nat. 0. 備註. v i 吹耳際之噪音感受不舒適 n Ch 行走感覺困難。 engchi U. 張傘困難，頭髮吹直，走路不穩，風. 10.8-13.8. 舒適. 不舒適非常不舒適. 13.9-17.1. 步行難以前進，陣風中難以平衡. 17.2-20.7. 行人被吹走. 20.8-24.4. 危險. 資料來源：Lawson et al.，1975；中央氣象局網站，2017 3. 其次內政部建築研究所亦將蒲福風級加以調整，並將因風強度導致不同程度之不舒適感區分為 9 個等級(表 2-2)。. 中央氣象局網站，上網日期 2017 年 11 月 20 日，檢自： http://www.cwb.gov.tw/V7/knowledge/encyclopedia/me016.htm 3. 2-3.

(26) 第二章文獻分析與理論應用. 表 2-2 行人風效應表蒲福. 名稱. 風級 0，1. 風速. 風效應描述. km/hr 0-5.4. 無風、軟風. 平靜，無可察覺之風. 2. 輕風. 臉頰感覺風的輕拂. 5.5-11.9. 3. 微風. 輕質旗幟招展；擾動頭髮；衣襟飄動. 12-19.4. 4. 和風. 塵土揚起，紙片飛動；頭髮吹亂. 5. 清風. 19.5-28.4. 身體可感覺到風力；雪被吹離地面；令人覺. 28.5-38.5. 得愉快的地面風的上限舉傘困難頭髮被吹直；穩步行走困難；耳邊. 6. 強風. 38.6-49.7. 之風聲令人不悅；吹離地面之飛雪越過行人高度. 7. 疾風. 8. 大風. 9. 烈風. 49.8-61.6. 行走覺得不便。前行困難；在陣風中保持身體之平衡極度困難. 政治大. 61.7-74.5 74.6-87.8. 人被陣風吹倒. 立. 學. ‧ 國. 資料來源：何明錦等，2015. (二) 日本風環境評估-村上評價基準(村上評價). 村上評價為日本村上周三博士於 1983 年所提出之風環境評價. ‧. 尺度，其透過實測與居民意識調查之結果所訂定之評價基準；將受. Nat. y. 強風的影響程度分為三個程度，並將受影響空間及容許影響程度分表 2-3 村上評價基準表. 可容許的風影響程度. n. al. er. io 受風影響程度. Ch. 受影響空間. engchi. 最易受影響地區. 住宅區的商店街、戶外餐廳. 2. 易受影響地區. 住宅區、公園. 不易受影響地區. i 10 n U. v. 每日最大瞬間風速(m/s). 1. 3. sit. 列(表 2-3)。. 10/GF 10% 37 日 22%. 20. 每日最大平均風速(m/s) 15/GF 20/GF 0.9% 0.08% 3日 0.3 日 3.6% 0.6%. 80 日 35%. 辦公區. 15. 128 日. 13 日 7% 26 日. 2日 1.5% 5日. 說明： 1. 日最大平均風速：為地上 1.5 米之 10 分鐘平均風速 2. 陣風係數(Gust Factor，GF)：為地上 1.5 米，2～3 秒之測速；作為最大瞬間風速和 10 分鐘的平均風速之間的比值。 3. 瞬間風速影響說明： 10m/s，街道物品飛起飄散；15m/s，行走困難、自行車無法直行、招牌掉落； 20m/s，人可能會被吹走。 4. 另外陣風係數亦會因所在地區不同而有差異。在人口密集的都市地區之 GF 值約為 2.5-3；一般都市地區之 GF 值約 2.0-2.5；而高層建築周邊地區之 GF 值則為 1.5-2.0。. 資料來源：AGCアメニテック環境技術部，2017 2-4.

(27) 住宅都市更新案對於周邊風環境與熱環境之影響. (三) 香港風環境評估香港規劃署針對香港的整體都市發展研擬出《香港規劃標準與準則》，在其第十一章《城市設計指引》中，將未來空氣流通評估的建議納入城市總體發展規劃和發展藍圖中考慮。因此，香港中文大學針對規劃署所研擬之《都市氣候圖及風環境評估標準-可行性研究》(吳恩融等，2006)中，提出香港風環境評估標準的建議，其評量應達到之標準規範，說明如下： 1. 評估地區內 80%的測試點應達：全年每小時平均風速的中位數≧1 米/秒；夏季每小時平均風. 政治大. 速的中位數≧1 米/秒。此要求系考慮某些情況下建築物背面可能存在孤立的弱風區。. 立. 2. 評估地區內 95%的測試點應達：. ‧ 國. 學. 全年每小時平均風速的中位數≧0.6 米/秒；夏季每小時平均. 風速的中位數≧0.6 米/秒。此要求為免防止滯風環境的產生。. ‧. (四) 臺灣風環境評估. y. Nat. sit. 內政部建築研究所為建立國內環境風場評估之標準，在《高層. er. io. 建築物風場環境評估準則研議》(丁育群等，1999)研究中，建議以使用分區來區分不同區域的環境風場，而提出較為不同的評估標準. al. n. (表 2-4)。. Ch. engchi. i n U. v. 1. 以住宅區及風害敏感地區（譬如學校、公園、露天座椅、公車站、醫院、療養院及幼兒遊戲設施等有老弱殘障人士常出沒之處）為例，環境風場標準共分為宜人、擾人及危險三等級。宜人：若陣風風速大於 8.0 m/s 的發生機率小於 25 %，則行人可感受舒適的風場環境，該區域可作為停留等待區或室外休憩處。 2. 擾人：指陣風風速大於 11.0 m/s 的發生機率大於 7%，這種風速可使大樹搖晃、電線呼呼有聲、舉傘困難。這類風速若發生於大樓四周行人出沒處，則可能造成行人的困擾。 3. 危險：陣風風速大於 25.0 m/s 時會造成行人被陣風吹倒，路樹、木造建築物可能會被吹壞，若其發生機率大於每年 3 次（3 小時），定義為危險等級。 2-5.

(28) 第二章文獻分析與理論應用. 表 2-4 住宅區及風害敏感地區之評估標準分類. 等級. 陣風風速. 1. 宜人. > 8 m/sec. 2. 擾人. 3. 危險. 等效平均風速. 發生頻率. 機率. > 4.5 m/sec. 每月 144 小時. < 25 %. > 11 m/sec. > 6.2 m/sec. 每月 36 小時. >7%. > 25 m/sec. > 14.2 m/sec. 每年 3 小時. > 0.03 %. *風速標準係指離地面 2.0 m 高處之陣風風速資料來源：丁育群等，1999. 而李守璋等(2007)在《針對都市環境風場對行人舒適度影響之初步探討》研究中認為當風速約介於 0.5 至 1.5 m/s 間（蒲福風級之風速為軟風），行人將感受到較高的舒適度；而風速約介於 1.6 至 2.1 m/s（蒲福風級之風速為輕風），是行人可接受之範圍；但當風速高於 2.1 m/s 時，此風速將會對行人產生內心的不舒適感。. 政治大其次在《都市地區風環境流通效應影響評估分析研究》中，內立政部建築研究所蒐集臺灣六個直轄市的氣象資料並進行熱舒適性適風速標準(表 2-5)。. 表 2-5 臺灣主要直轄市夏季舒適風速標準表. 台南市高雄市. y. 1.078. al. 0.569. n. 台中市. io. 桃園市. sit. 新北市. 1.047. Ch. er. 台北市. 風速標準(m/s). Nat. 地區. i 0.728 n U 0.53. ‧. ‧ 國. 學. SET*(Standard effective temperature)4分析，並提出各都會區夏季舒. v. e n g c h i 0.728. 資料來源：何明錦等，2015. 經上述分析得知，環境風場為調整都市微氣候之策略之一，風速與人之間的舒適性關聯，甚至都市風廊之建置，皆為風環境相關的研究範圍。而臺灣之都市規模及亞熱帶氣候條件與西方國家之差異過大，因此本研究參考國內、香港及日本相關環境風場研究之相關係數值，作為研究主要分析因子。其中，本研究以住宅區之風速距離地面 1.5~2.0 米之高度處研究分析，而當瞬間陣風在 8~10 m/s，亦即平均風速不高於 4.5 m/s 之狀態下，. 4. SET*為美國冷凍空調協會 ASHRAE (American Society of. Heating, Refrigerating, and Air-. Condition. Engineers)綜合人體對於溫熱環境反應之指標 2-6.

(29) 住宅都市更新案對於周邊風環境與熱環境之影響. 方可達到堪稱適宜之住居環境標準。同時本研究亦納入各直轄市之夏季舒適風速標準，作為研究都市更新住宅區環境風場評估的參考數據。. 三、熱環境研究熱環境對於都市環境之影響是為舉足輕重，各項課題中尤其以熱舒適性及都市熱環境之改善對策更是至為關鍵。是故，本研究遂以熱舒適及熱島效應為標的分別探討說明如下。 (一) 熱舒適性影響人體舒適程度的重要氣象因素包括氣溫、濕度和風等要素，中央氣象局發布的舒適度指數為根據天氣預報的基本資料，將溫度、濕度等予以計算統計而制訂(表 2-6)，共分為六等級，並且只適用於. 政治大. 臺灣地區。. 立表 2-6 臺灣舒適度分級表. ‧ 國. (℃). 舒適度指標. 學. 舒適度指數. 5. 10 以下. 11~15. 16~19. 20~26. 27~30. 31 以上. 非常寒冷. 寒冷. 稍有寒意. 舒適. 悶熱. 易中暑. ‧. 17.269×Td. 17.269×T. Td+237.3. T+237.3. )−(. )]} × (T − 14). 公式 2. io. er. T − 0.55 × {1 − exp [(. sit. y. Nat. 計算公式為 THI：. 其中 THI 為舒適度，T 為溫度，Td 為濕度. al. n. v i n Ch 被廣泛運用之眾多熱舒適指標中，以 e n g c h i U SET*(Standard effective temperature)及 PET(physiological equivalent temperature)兩項熱舒適度指標最常被用來評量戶外環境的熱舒適度(何明錦等，2015)。新標準有效溫度 SET*是美國冷凍空調協會(ASHRAE)綜合人體對於溫熱環境反應之指標，將六個主要影響因素做為對於熱環境反應之指標，包含：溫度(Air temperature )、濕度(Humidity)、風速 (Air speed) 、輻射溫度 (Radiant temperature) 、人體新陳代謝率 (Metabolic rate) 和著衣量 (Clothing insulation) 。並將人體熱感覺 (people's thermal sensation)加以量化(表 2-7)。. 5. 中央氣象局網站，上網日期 2017 年 11 月 20 日，檢自：. http://www.cwb.gov.tw/V7/knowledge/announce/PDFfile/observe2.pdf. 2-7.

(30) 第二章文獻分析與理論應用. 表 2-7 SET*熱感覺分級表分數說明. +3. +2. +1. 0. -1. -2. -3. 熱. 溫暖. 微溫. 中性. 微涼. 涼. 冷. hot. warm. slightly warm. neutral. lightly cool. cool. cold. 資料來源：ASHRAE，2013. 而生理等效溫度（PET）是由德國 Peter Höppe 於 1999 提出。 Höppe(1999)認為 PET 考慮了多數與熱相關的氣候參數（包含：空氣溫度，輻射溫度，空氣速度，空氣濕度等），同時評估其調節過程和對人體熱狀態的真實影響。 PET 係藉由適當的參數，將更複雜的戶外輻射環境調整其模型，以適用於戶外環境。同時 PET 結合了各種氣候和生理參數，包括氣. 政治大. 溫、相對濕度、太陽輻射、空氣流動、服裝和代謝率，且其衡量單. 立. 位為℃，所以更易於被理解(何明錦等，2015)。. ‧ 國. 學. 其計算是以藉由給定的氣象條件並配合慕尼黑能量平衡模型 (Munich Energy-balance Model for Individuals，MEMI)的熱條件為基. ‧. 礎，將皮膚的平均溫度與核心溫度置入 MEMI 方程式(公式 3)與 FSC(from skin surface through the clothing layer to the clothing surface，. Nat. io. er. Tmrt=Ta6) ，即相當於 PET，計算公式為：. sit. y. 公式 4) 方程式所得的空氣溫度 Ta ( v=0.1 m/s ， VP=12 hPa ，. 公式 3 a l M+W+R+C+E +E +E +S=0 i v n C U 其中 M 是代謝率，Wh是物理功能輸出，R e n g c h i 是物體的淨輻射，C. n. MEMI 公式為. D. Re. Sw. 是熱對流，ED 是潛熱為使水蒸發成蒸氣通過皮膚，ERe 為濕熱空氣的熱流總和，ESw 是汗蒸發產生的熱流，S 則是身體發熱或冷卻所存儲的熱流。 FSC 公式為. FSC=(1/Icl)*(Tsk–Tcl). 公式 4. 其中 Icl 是衣服的耐熱性，Tsk 是衣服的平均表面溫度，Tcl 是皮膚的平均溫度(Höppe，1999)。 Matzarakis(1999)等人將人類的感覺和生理感受藉由相對應的. 6. Tmrt 為平均輻射溫度，v 為空氣速度，VP 為水蒸汽壓力 2-8.

(31) 住宅都市更新案對於周邊風環境與熱環境之影響. PET 範圍予以關聯，而 Lin (2008)等人亦藉由個案將其對應至台灣之溫度環境中，該研究成果亦可作為台灣之熱舒適性溫度之參考，其認為對人體感覺舒適，可接受的範圍應在 PET 26~30℃之間(表 28)。表 2-8 PET 與感覺、生理感受關係表 PET. 感覺. 生理感受. (℃). (Thermal sensation). (Grade of physiological stress). 14. 非常冷(Very cold). (極寒)Extreme cold stress. 冷(Cold). (強冷)Strong cold stress. 涼(Cool). (稍冷)Moderate cold stress. 微涼(Slightly cool). (微冷)Slight cold stress. 18 22 26 舒適(Neutral). 立. 30. 政治大. (稍熱)Moderate heat stress. 熱(Hot). (強熱)Strong heat stress. 非常熱(Very hot). (極熱)Extreme heat stress. ‧. 42. 暖和(Warm). sit. Nat. 資料來源：Lin et al.，2008；Matzarakis et al.，1999. y. 38. (微熱)Slight heat stress. 學. 34. ‧ 國. 稍暖(Slightly warm). (中性)No thermal stress. er. io. (二) 都市熱環境之改善. al. n. v i n Ch 車輛排放廢氣，加以太陽輻射，皆造成都市熱島效應的擴大影響。 engchi U 孫振義(2008)認為適當增加都市綠化及降低不透水率之人工構造物. 伴隨都市化的發展，人口大量移入聚居，過度水泥化的設施，. 之比例，將有助於減緩都市熱島效應。此外，植栽種植及增加透水率之人工構造物，其蒸散作用將有助於降低空氣溫度，而達到調節都市微氣候之功能。謝俊民等(2012)透過建立「陰影覆蓋比率評估法」及「熱舒適指標評估法」分析陰影分布與熱舒適度，陰影覆蓋比率評估法以陰影評分 (空間連續性)與權重評分(時間連續性) 檢討陰影分布情形，而熱舒適指標評估法為利用人體熱舒適評估指標 SET*評估人體熱舒適度；研究建議增加戶外步行空間陰影的覆蓋，可改善人體熱舒適品質，但中小植栽的熱舒適度改善對於降溫效果則呈現不顯著現象。中型植栽(高 3m)的行道樹設置可創造出平均較佳的步行空間環境，小型植栽的行道樹(高 2m)設置對於中午時段的熱舒適改善效益則 2-9.

(32) 第二章文獻分析與理論應用. 較小，因此建議應視道路環境種植大型喬木及相關種植規範，已達改善人行空間熱環境之最高效益。在植栽綠化對熱環境影響方面，在陳慶融等人之研究中發現喬灌木在混合使用下，顯示出蒸發散量越大越能穩定周遭環境舒適度，同時植栽與建築物間未產生不穩定的空氣漩渦之情況下，兩者之間距離越遠，且在區域風速衰減幅度越大之情況下，熱感受越舒適且生理應力感受程度越輕微；且設置二排樹比設置一排樹測得生理等效溫度較低、熱感受較舒適。因此，當都市人行空間增加植栽時，當列植數量越多(二列以上)，及人行道之初始風速越大，所能帶來的降溫越多，熱感受越舒適；同時當植栽與建築物距離適當時，區域風速衰減幅度越大，熱感受亦越顯舒適 (陳慶融等，2015) 。. 政治大. 另有文獻指出，同時綠化程度與溫度呈現負相關，綠化程度越. 立. 大，溫度越低；建築密度則與溫度呈現正相關，建築密度越大，溫. ‧ 國. 學. 度越高；且街道高寬比與溫度呈現負相關，街道高寬比越大，溫度越低；天空可視因子與溫度呈現負相關，天空可視因子越大，溫度越高。當都市增加綠化量時，能有效調節都市街道的溫度，或改善. ‧. 鋪面材質，漸少高熱容量之材質，可降低都市內交通與空調所產生. y. Nat. 之人工發散熱，抑或減少太陽輻射之面積，皆可達成都市降溫之效. er. io. sit. 果(枋凱婷，2016)。. 而都市內水體降溫功能之研究，邱英浩(2009)透過都市水域空. n. al. i n U. v. 間探討其周邊熱環境舒適度，顯示離水域空間 10~30 公尺之範圍內，. Ch. engchi. 熱舒適度多呈現正面之感受；超過 50 公尺以上將呈現負面之感受。同時如增加人行空間之附屬設施，如遮陰設施等，從而減少天空可視因子，減少太陽輻射之面積，亦可有效改善都市環境的熱舒適度，而達到有效降溫之功效 (謝俊民等，2012) 。如從都市街廓層面考量，在冬季與夏季熱舒適度指標計算結果發現，生理等效溫度 PET 和新標準有效溫度 SET*呈高度正相關；夏季熱舒適指標全區生理等效溫度 PET 數值，熱感受稍微舒適為 30-34℃間，冬季熱舒適指標全區生理等效溫度 PET 數值，熱感受稍微舒適則為 26-30℃間。同時街廓間距離遠，即道路較寬者，夏季生理等效溫度 PET 數值在 34℃以下，人體熱感知較舒適(賴湘文等，2015)。. 2-10.

(33) 住宅都市更新案對於周邊風環境與熱環境之影響. 由上述文獻分析可知，植栽、水體、遮陰設施及透水性鋪面等軟性或硬體設施之改善皆能達成地表有效降溫，進而減緩都市內之熱島效應，達到調節都市微氣候之功能，進而改善都市熱環境與舒適度，以提供較為良好舒適之人行空間及生活環境。因此，本研究在有關熱環境模擬分析中，亦運用類似相關環境因子之設定，以明瞭都市更新完成後基地所產生之熱環境改善狀況。. 第二節. 相關理論應用. 一、風環境工程學在流體力學理論，由地表至數百公尺高度皆屬大氣邊界層(atmospheric. 政治大. boundary layer，ABL)之範圍，而當大氣狀況為中性(neutral)時，因地表粗糙之影響，將使地面風產生紊流 (turbulence) 情況，並形成一邊界層. 立. (boundary layer)，稱為中性大氣紊流邊界層(neutral turbulence boundary. ‧ 國. 學. layer)。而人類活動與相關建設皆在此範圍內進行，因此，相關之風環境研究，亦應侷限在該邊界層範圍內分析(蕭葆義，2016)。. ‧. 而風環境之分析除與邊界層、風速、溫度等自然因素有關外，亦受建築量體、造型及配置情況影響；街道尺度與建築之關聯，以及環境氣流可. Nat. sit. y. 流入之多寡程度，皆互為關連。因此，本研究將以國內外相關建築配置與. al. er. io. 街道形式之關聯性，及各項變數項目，做為後續研究之應用與參考。. v i n 香港於 2003C 年hSARS 侵襲後，香港的規劃界更注重於城市設 engchi U 計，注重風力環境對城市通風的影響。因此，香港政府委託展開相 n. (一) 香港風環境工程. 7. 關研究，《建立空氣通風評估系統的可行性研究》（Feasibility Study for Establishment of Air Ventilation Assessment System，AVA），此綜合研究的主要目的是建立一套香港城市通風影響的建議評估系統其可應用在都市主要規劃和發展項目之中，此 AVA 系統是專門用於在擁擠城市中弱風條件的評估指南，這套系統基本上為開發商建立了一種客觀評估的設計方法。香港政府並於 2006 年時，正式採用該系統，並要求所有主要的公共資助開發項目皆須採用（Ng et al.， 2009，2011）。. 7. Severe Acute Respiratory Syndrome:嚴重急性呼吸道症候群. 2-11.

(34) 第二章文獻分析與理論應用. 同時香港規劃署為釐定城市之各類發展的規模、密度等，從而擬定《香港規劃標準與準則》做為未來城市規劃與發展之各項配套提供基本指引。而其在專章則擬備一套城市設計指引，作為評核城市設計的大體綱領，其內容包含各類土地用途之指引、公共空間、街道、空氣流通等各項目，作為改善未來城市生活與經濟發展並行之準則。其中有關空氣流通的設計指引，則針對街道之布局、模式，提出主要道路應與盛行風的方向平行排列或最多成為 30 度角，如此可使盛行風得以通透進入；如與盛行風方向成直角的街段，建築面寬應盡可能縮減，主要減少空氣滯留，另一方面亦可為增加通風效果(圖 2-1 及圖 2-2)。. 政治大. 立. ‧. ‧ 國. 學 y. Nat. io. 資料來源：香港特別行政區政府規劃署，2017. n. al. sit. 圖 2-2 街道布局模式示意圖. er. 圖 2-1 街道布局的走向示意圖. i n U. v. 在建築規劃方面，提出應運用分布高度不同的建築物，利用高. Ch. engchi. 度輪廓產生的差異去引動氣流，使風流入並利用建築群高度的差異來改變風的流向。如可能允許的情況，區內建築群的高度應朝著盛行風的方向逐級降低，使空氣流動更為順暢(圖 2-3)。香港普遍的大型密集綜合式發展及裙樓式建築，則對空氣流通造成顯著的影響，應減少裙樓的面積；或採用梯級式的設計，將氣流引導至地面(圖 2-4)。. 2-12.

(35) 住宅都市更新案對於周邊風環境與熱環境之影響. 政治圖大 2-4 減少平台面積與階梯式平. 圖 2-3 建築的高低差異可增進. 立. 空氣流動. 台示意圖. ‧ 國. 學. 資料來源：香港特別行政區政府規劃署，2017. 吳恩融等(2006)於《都市氣候圖及風環境評估標準可行性研究》. ‧. 中提及，大型量體的建築會完全地阻擋城市通風，並在建築物背面. Nat. sit. 透性，則能改善通風不良及滯風區的影響。. y. 形成了大片不良的滯風區。但如在靠近地面層的建築設計規劃出通. er. io. 在建築物的通風度研究中則認為建築物間距之通透度應相等. al. 於總建築正投射面的 20%至 33.3%是較為適當的。減低地面覆蓋率. n. v i n 確實能明顯增強有效的地面通風。因此，建議地面覆蓋率不應超過 Ch i U e 70%，以改善通風效果。n g c h. 街道尺度的影響，透過建築物高度(H)與鄰近街道寬度(W)的高寬比研究，其得出之結論為：當 H/W＞4 時，通風效果是無效的；而 H/W=3 時，通風效果較少；在 H/W=2 的狀況，通風效果是最佳的。亦即街道尺度與建築之高寬比約為 2 倍，可達到最佳的通風效果。 (二) 台灣風環境工程丁育群等(1999)針對建築物與氣流之相關影響，兩者間之流場係屬非穩定紊流流場，提出其周邊氣流特性說明。. 2-13.

(36) 第二章文獻分析與理論應用. 1. 迎風面渦漩(upstream vortex)：此為氣流在建築物的前方形成渦漩，而建築物的迎風面愈寬愈大，下切氣流愈強。 2. 建築物尾流(building wake)：當風遇到建築物時，在建築物的背風面 (leeward side)形成紊亂流場的尾流區。. 圖 2-5 迎風面渦漩示意圖資料來源：丁育群等，1999. 立. 圖 2-6 建築物尾流示意圖政治大. 3. 遮蔽效應(shelter effect)：高度與規模近似的建築群鄰立時，會產. ‧ 國. 學. 生類似阻牆的遮蔽作用。而高層建築物的前方若為低矮建築時，則會有產生極強的渦漩。. ‧. 4. 縮流效應(venturi effect)：當風從寬廣區域流入狹窄街道時，因. n. al. er. io. sit. 速的狀況將隨建築物之距離增大而明顯減低。. y. Nat. 流通斷面積減小，氣流產生加速，將形成高風速區。但氣流加. Ch. engchi. 圖 2-7 遮蔽效應示意圖. i n U. v. 圖 2-8 縮流效應示意圖. 資料來源：丁育群等，1999. 5. 渠化效應(channel effect)：都市街區之兩側建築多為平整立面且相鄰，如同渠道之兩壁，稱之為街谷(street canyon)，而使接近地面的氣流沿著街谷的走向流動。. 2-14.

(37) 住宅都市更新案對於周邊風環境與熱環境之影響. 圖 2-9 渠化效應示意圖資料來源：丁育群等，1999. 經由上述，可發現都市地區建築物周遭的風場相當複雜。得經由實際可行的評估方法，配合基地的風速、風向資料，才可做較為完整的風環境評估(丁育群等，1999)。. 政治大浩等(2008)研究認為連棟建築在不同街道尺度內之平均流速比，當立建築街谷內高度越高則風速越大，但獨棟併排建築則在相同街道寬. 環境風場在街道尺度及建築排列會產生相互作用之影響，邱英. ‧ 國. 學. 度條件下，建築物越高其風速越易受建築物高度的正向線性影響。而建築物面寬越大(連棟)，其風速越不易受建築物高度影響；反之，. ‧. 則街谷風速越易受建築物高度而明顯增加。. 同時獨棟並排建築在街道尺度越小時平均風速比變化越大。獨. y. Nat. sit. 棟並排之建築形式因建築物面寬較連棟建築小，顯示外部風不易進. al. er. io. 入街谷內。而如有封閉式的中庭，比較固定中庭尺寸與高度兩種形. n. 式，均呈現出隨中庭尺度越大(中庭寬度越寬)平均風速比變化小。. Ch. i n U. v. 反之則影響變大。但不論何種建築排列形式，隨著街道尺度越小(街. engchi. 道越寬、中庭寬度越小、建築物高度越低)，平均風速比變化越小；反之，則變化越大(邱英浩，2011)。而對於不同長度之街谷，風速變化對微風發生機率之影響李偉誠等(2011)認為要保持街谷或風道的風速，需要有足夠之長度或深度讓風導入。如以 45 度與 0 度入流時，且當街廓長寬比增至 2:1 後，將因渠化效應而使空氣流向更為穩定，同時有加速之趨勢。空氣流入街谷的角度對於人行道之通風效果有明顯影響。風如由正向流入街谷，並不會呈現最佳通風狀態。綜觀上述，為使都市區域內有更佳之通風環境，在規劃上可透過街道與建築之相關性來達成；包含建築面寬、間距、建蔽率等，以及與住宅街廓之長寬比等皆能有效改善都市內之通風。 2-15.

(38) 第二章文獻分析與理論應用. 因此，縱然建築面寬越大，風速越不受建築高度之影響，但由於面寬過大反易產生建築尾流，而影響行人活動之舒適性；因此，建議應有合適的建築面寬設計，當建築高度與街道寬度之比值為 2:1，搭配街廓之長寬比為 2:1 之比例，而迎風角度小於 45 度，並將建築基地之建蔽率控制於 70%以下時，如此可產生較佳的都市環境風場。. 二、計算流體力學(CFD) 計算流體力學(CFD)係通過電腦進行數值模擬和可視化分析，透過分析生活中各種流體流動及傳熱等物理現象，發現其中之規律與特點，從而進行準確分析與預測。CFD 是通過數值方法來求解流體力學的運算，將具. 政治大. 體問題的基本控制程式，透過網格方式，將流動產生的連續物理量，如風場、溫度場等，通過一定數值處理原則與計算方法，進行數值求解，而獲. 立. 得相關預測值。. ‧ 國. 學. 其優點在於，對於複雜之幾何形狀或邊界條件下，可找出規劃設計需求之數值解，並透過此數值解給予規劃設計上更佳之改善方案。早期 CFD. ‧. 數值模擬會因資料收集、電腦設備性能之差異以及運用者操作技巧與經驗等，從而產生一定的計算誤差；但近年在電腦設備規格之提升，CFD 軟體. Nat. sit. y. 普及化及計算精度提升之情況下，使日本在運用 CFD 進行工程評估案已. er. io. 達 70%以上(何明錦等，2015)；且數值模擬所需經費較低，可計算風洞試驗較難量測的參數(朱佳仁，2006)。因此，在規劃設計初期階段可運用 CFD. n. al. Ch. i n U. v. 進行模擬，從而建構合理且精確之數值資料，以供相關之評估參考。而有. engchi. 關數值模擬之運用方式內容則如以下說明。 (一) CFD 數值模擬工作步驟. 數值模擬之工作步驟為先依據模式假設，簡化紊流流場控制方程式，再利用數值方法計算出數值解，最終得出可視化結果。其步驟說明如圖所示(圖 2-10)。. 2-16.

(39) 住宅都市更新案對於周邊風環境與熱環境之影響. 控制方程式. 離散方程式. 程序與計算. 可視化結果. • 連續方程式 (Continuity equation) • 那維爾-史托克方程式 (NavierStokes equation)等. •有限差分法(Finite difference method) •有限元素法(Finite elemet method) •有限體積法(Finite volume method)等. •網格劃分 •初始條件與邊界條件之輸入 •控制參數設定等. •流速向量圖 (Velocity vector) •雲圖 (Contour) •結果分析等. 計算未收斂. 圖 2-10 數值模擬步驟流程圖. 政治大. (二) CFD 數值模擬之前置作業. 立. 在進行 CFD 數值模擬之前，應先將計算域的大小予以規劃。對. ‧ 國. 學. 於單一模擬建築物，橫向(Ｙ向)和頂部邊界(Ｚ向)應設置距離建築物 5H 或更遠，其中 H 為目標建築物的高度，入口邊界和建築物之間. ‧. 的距離應設置為對應於光滑地面覆蓋的上風區域；流出邊界應設置在建築物後至少 10H。而在包含建築物周圍環境模擬的情況下，計. sit. y. Nat. 算域的高度應該被設置為對應於由周圍的地形類別確定的邊界層高度（Tominaga et al.，2008）。Franke(2006）則認為計算域的入口，. io. n. al. er. 側邊和頂部邊界應為大約 5H 範圍，其中 H 為最大高度，而流出邊界應與建築物相距 15H。. Ch. engchi. i n U. v. 而對模擬區域之建議，應針對要評估的區域中的建築物周圍複製數 10 米範圍(最高建物 3H 以上)進行建模。此外，在評估區域周圍的範圍內至少應該清楚地呈現一個街區（Yoshie et al.，2005；朱佳仁，2006）。而 Franke(2006）則建議圍繞著模擬標的半徑 300m 的區域都應建模處理。 (三) CFD 紊流流場控制方程式運算方式由於實際風場屬於三維、非穩態之紊流流場(朱佳仁，2006)：因此，CFD 基於模擬實際風場之運算方式大致分類為三種求解方法，包含：1.數值直解法 (Direct Numerical Simulation, DNS)。2.大渦模擬法 (Large-Eddy Simulation, LES) 。 3. 雷諾平均數值模擬法 (Reynolds Averaged Navier-Stokes Simulation, RANS)。此三種運算方 2-17.