自然通風與室內熱環境之實證研究
內政部建築研究所委託研究報告
自
然
通
風
與
室
內
熱
環
境
之
實
證
研
究
內
政
部
建
築
研
究
所
委
託
研
究
報
告
10
4
年
度
PG10401-0539
自然通風與室內熱環境之實證研究
受 委 託 者：國立聯合大學
研究主持人：黃瑞隆
協同主持人：黃國倉
研 究 助 理：翁堉騰、莊鎧韓、劉承翰
內政部建築研究所委託研究報告
中華民國 104 年 12 月
目次
目次
表次 ... III
圖次 ... V
摘要 ... IX
Abstract ... XII
第一章
緒論 ... 1
第一節
研究緣起與背景 ... 1
第二節
本研究計畫之重要性 ... 3
第三節
蒐集之資料文獻分析 ... 4
第二章
研究方法 ... 9
第一節
自然通風利用潛力評估與研究步驟 ... 9
第二節
自然通風利用空間之長期實測... 10
第三節
熱適應理論與原理 ... 11
第四節
自然通風利用對空調節能抵減效果 ... 12
第五節
自然通風潛力計算方式 ... 14
第六節
空調使用時間判斷依據 ... 15
第七節
溫濕度測量儀器與標準安裝作業 ... 17
第三章
教室空間實測樣本說明 ... 19
第一節
學校案例一基本資料說明(台北建國中學) ... 21
第二節
學校案例二基本資料說明(台北中山女中) ... 24
第三節
學校案例三基本資料說明(新北光仁中學) ... 27
第四節
學校案例四基本資料說明(新北板橋高中) ... 30
第五節
學校案例五基本資料說明(高雄前峰國中) ... 33
第四章
教室類實測結果分析 ... 37
第一節
複合式通風教室 ... 37
第一節
實測住宅各案建築平面 ... 45
第六章
住宅空間實測結果分析 ... 55
第一節
R01 宅建築平面介紹 ... 55
第二節
自然通風潛力評估方法(以 R01 宅為例) ... 56
第三節
自然通風潛力對空調使用時間之影響 ... 57
第四節
住宅類實測結果分析 ... 61
第七章
結論與建議 ... 67
第一節
結論 ... 67
第二節
建議 ... 68
附錄一 期初審查意見及期中報告回應一覽表 ... 71
附錄二 期中審查意見及期末報告回應一覽表 ... 73
附錄三 期末審查意見及成果報告回應一覽表 ... 75
附錄四 第一次專家學者座談會會議紀錄 ... 77
參考書目 ... 79
表次
表次
表 2-1 熱舒適情境與開啟空調時間逐時判斷依據 ... 16
表 2-2 HOBO Pro v2 溫溼度計儀器規格 ... 18
表 3-1 四所施測學校之基本資料 ... 20
表 3-2 各學校案例施測日期 ... 20
表 3-3 各校施行之空調使用管理方案 ... 20
表 3-4 台北市立建國高級中學 108 教室基本資料 ... 22
表 3-5 台北市立中山女中三勤教室基本資料 ... 25
表 3-6 新北市私立光仁中學高一義班教室基本資料 ... 28
表 3-7 新北市立板橋高級中學 217 班教室基本資料 ... 31
表 3-8 高雄市立前峰國中 206 班教室基本資料 ... 34
表 4-1 四所複合式空調教室之空調折減效果分析 ... 40
表 4-2 前峰國中教室基本資料與九月份過熱程度評估 ... 42
表 5-1 住宅 17 個實測案例基本資料 ... 44
表 6-1 各住宅案例施測日期 ... 55
表 6-2 R01 宅一樓平面基本資料... 56
表 6-3 住宅案例實測結果... 61
圖次
圖次
圖 1-1 自然通風面積包括臨窗通風與對流通風之面積 ... 3
圖 1-2 自然通風面積之計算 ... 4
圖 1-3 一棟位於義大利住宅雙拼住宅的自然通風空調節能模擬 ... 5
圖 1-4 一棟位於丹麥之自然通風住宅在各夏季月之節能量 ... 5
圖 1-5 美國加州不同氣候區下應用自然通風之熱舒適與節能潛力 ... 6
圖 1-6 臺灣學生的熱舒適範圍皆較 ASHRAE 所定義的熱舒適範圍來得
寬 ... 7
圖 2-1 研究流程 ... 10
圖 2-2 自然通風與空調節能之關係 ... 14
圖 2-3 鄰窗通風面積認定原則 ... 15
圖 2-4 對流通風面積認定原則 ... 15
圖 2-5 ASHRAE Standard55 熱適應模型所建議之舒適範圍 ... 16
圖 3-1 四所施測學校於台北之地理分佈 ... 19
圖 3-2 台北市立建國高級中學空照圖 ... 21
圖 3-3 台北市立建國高級中學校園配置圖 ... 21
圖 3-4 建國中學 108 班教室平面圖與測點位置 ... 22
圖 3-5 建國中學 108 班教室內測點安裝位置 ... 23
圖 3-6 建國中學 108 班教室外測點安裝位置 ... 23
圖 3-7 台北市立中山女中校園空照圖 ... 24
圖 3-8 台北市立中山女中校園配置圖 ... 24
圖 3-9 中山女中實測教室平面與測點位置 ... 25
圖 3-10 中山女中實測教室內測點位置實拍 ... 26
圖 3-11 中山女中實測教室外測點位置實拍 ... 26
圖 3-12 新北市私立光仁中學校園空照圖 ... 27
圖 3-14 光仁高中實測教室平面與測點位置 ... 28
圖 3-15 光仁高中實測教室內測點位置 ... 29
圖 3-16 光仁高中實測教室外測點位置 ... 29
圖 3-17 新北市立板橋高級中學校園空照圖 ... 30
圖 3-18 新北市立板橋高級中學校教室配置圖 ... 30
圖 3-19 板橋高中實測教室平面與測點位置 ... 31
圖 3-20 板橋高中實測教室內測點位置 ... 32
圖 3-21 板橋高中實測教室外測點位置 ... 32
圖 3-22 高雄市立前峰國中校園空照圖 ... 33
圖 3-23 高雄岡山前峰國中教室配置圖 ... 34
圖 3-24 前峰國中 206 班教室平面 ... 35
圖 3-25 前峰國中教室實測位置 ... 35
圖 3-26 前峰國中戶外測點位置 ... 36
圖 4-1 建國中學 108 班教室內外溫度比較及空調時間判斷 ... 37
圖 4-2 中山女中高三勤班教室內外溫度比較及空調時間判斷 ... 37
圖 4-3 光仁中學高一義班教室內外溫度比較及空調時間判斷 ... 38
圖 4-4 板橋高中 207 班教室內外溫度比較及空調時間判斷 ... 38
圖 4-5 各校教室空調使用時數比較 ... 39
圖 4-6 前峰國中九月份教室室溫與戶外溫度歷線圖 ... 42
圖 5-1 台中住宅實測樣本地理分佈 ... 44
圖 5-2 R01 一樓建築平面圖 ... 45
圖 5-3 R01 二樓建築平面圖 ... 46
圖 5-4 R02 建築平面圖 ... 46
圖 5-5 R03 建築平面圖 ... 47
圖 5-6 R04 建築平面圖(a)二樓(b)三樓 ... 47
圖 5-7 R05 建築平面圖 ... 48
圖 5-8 R06 建築平面圖 ... 48
圖次
圖 5-9 R07 建築平面圖 ... 49
圖 5-10 R08 建築平面圖(左)1F(右)2F ... 49
圖 5-11 R09 建築平面圖(a)二樓(b)四樓 ... 50
圖 5-12 R10 建築平面圖 ... 50
圖 5-13 R11 建築平面圖(左)1F(右)2F ... 51
圖 5-14 R12 建築平面圖 ... 51
圖 5-15 R13 建築平面圖 ... 51
圖 5-16 R14 建築平面圖(a)一樓(b)三樓 ... 52
圖 5-17 R15 建築平面圖 ... 52
圖 5-18 R16 建築平面圖(a)一樓(b)二樓 ... 53
圖 5-19 R17 建築平面圖 ... 53
圖 6-1 R01 宅二樓建築平面圖 ... 57
圖 6-2 R01 宅二樓建築平面圖 ... 57
圖 6-3 R01 宅客廳溫度趨勢圖 ... 58
圖 6-4 R01 宅臥室溫度趨勢圖 ... 58
圖 6-5 R01 客廳空間實測期間之空調啟停狀態 ... 59
圖 6-6 R01 臥室空間實測期間之空調啟停狀態 ... 59
圖 6-7 R01 宅空調使用時數 ... 60
圖 6-8 R01 宅理論上與實際上 CDH
26分析 ... 61
圖 6-9 各住宅客廳案例理論與實際空調使用時數比較 ... 64
圖 6-10 各住宅臥室案例理論與實際空調使用時數比較 ... 64
圖 6-11 各案住宅之理論與實際空調耗能量 ... 65
圖 6-12 理論與法規 VAC 之比較(住宿類) ... 65
圖 6-13 實際空調抵減量(VAC)與可自然通風面積率(VP)之關係 ... 66
摘要
摘要
關鍵詞：自然通風住宅、自然通風學校、空調節能效益 一、研究緣起 自然通風之應用是被動式建築設計重要之節能技術之一，透過自然通風之過程以 移除室內之熱負荷量以達到節能之效果。世界上許多地區之研究亦證實了自然通風應 用下之建築具有一定的空調節能效果。然而，自然通風之應用與當地外界氣候密切相 關，有必要針對我國亞熱帶熱濕氣候條件下進行其節能效益之探討。我國的綠建築規 範自 2015 年版起亦導入了自然通風之節能評估，以自然通風潛力(VP)作為推算空調節 能之效益為基礎。本研究希冀透過現場實際案例之實測，以驗證現行對自然通風評估 之效益。 二、研究方法及過程 本計畫透過實測以探討自然通風於住宅與複合式通風教室之空調節能抵減效果。 在選定之樣本室內與戶外分別進行長期之溫濕度量測，以獲知室內之溫熱環境變化與 判斷空調啟停時間。在空調節能之效益上則以冷房度時法計算以描述空調啟用時間之 空調耗能量，最後透過與理論上應開之空調時間比對換算空調折減率。此外，針對各 實測案例進行空間測繪以換算於相異開窗與空間配置下之自然通風潛力(VP)，藉以分 析其與實際空調折減效果之關係。本研究一共完成位於台中之住宅 17 例與採用複合式 通風之台北學校類教室四案，外加一例位於高雄岡山無空調自然通風教室一例之室內 外溫濕度儀器之實測安裝，並獲得涵蓋炎熱季節 5~9 月之實測數據。 三、重要發現 本研究所獲致結論如下： (一)學校類 1. 本研究實測台北地區四所以複合式通風運轉之高中，四所高中之可自然通風 面積率(VP)皆為 1.0，經排除各校空調使用管理而修正後的空調折減效果 (VAC)，分析結果建中、中山、光仁與板中之 VAC 分別為 0.51、0.45、0.45 與 0.48，平均為 0.47 與現行規範 VAC 計算值 0.45 相去不遠。 2. 另本研究針對位於高雄岡山全自然通風之前峰國中，進行室內溫熱環境之實 測，並以 ASHRAE 熱適應模型進行室內熱舒適評估，發現在為期一個足月(九顯示於高雄地區全採自然通風之教室尚不足以滿足熱適應模型所定義之室內 舒適標準。 (二)住宿類 1. 本案實測 17 戶住宿類空間，在剔除 4 戶無效樣本後，發現由實測資料推算之 空調抵減效果 VAC 則分佈於 0.53-0.94 之間，平均值為 0.730，標準差為 0.134。 而如以現行綠建築規範對住宿類空間之 VAC 評估，所有樣本之規範 VAC 落 在 0.82~1.0 之間，平均值為 0.960，標準差為 0.06。顯示現行規範對住宿類 空間之評估是較為嚴苛的。然而進一步探討 VP 與實際 VAC 之關係後，發現 二者間於絕對之相關性，意即住宿類空間之空調耗能抵減效果與 VP 之關係 不明顯，尚有隱藏因子左右著空調之實際耗能量。 四、主要建議事項 建議一 建議綠建築評估手冊內關於自然通風空調耗能折減率計算之修正：立即可行建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：財團法人臺灣建築中心 由本研究所得結果顯示學校類之自然通風潛力(VP)對空調之實際折減具有 一定之效果，且與目前規範值相當。現今綠建築規範內區分住宿類與其他類二者 分開評估，然而中央空調類型之建築物如旅館、百貨、醫院等應用開窗採自然通 風之可能性很低，建議將原規範內之「其他類」改為「大型空間與學校類建築」， 較為符合實際情況。此外，由實測結果發現住宅的空調折減效果實際上是較法規 規範值低的，意即現行規範之評估方式對於住宿類建築是較為嚴苛的，建議可予 以放寬。 建議二 針對學校教室平面之規劃設計鼓勵遵循綠建築評估規範內高 VP 之方式設計：中 長期建議 主辦機關：教育部 協辦機關：內政部建築研究所、財團法人台灣建築中心 本研究透過實證研究，發現具良好自然通風潛力(VP)的學校教室平面，可有 45%優異的空調折減效果，對校舍之建築節能影響甚鉅。因此，建議教育行政單 位應宣導或鼓勵不論是採用複合式通風或全自然通風之教室平面盡量兩側以設
摘要 置可開啟之對向開窗方式設計，遵循綠建築評估手冊內高 VP 之設計方式，以達 節能減碳之目的。
Abstract
Keywords: Natural ventilated house, natural ventilated classroom, cooling energy saving ratio
Introduction
Natural ventilation is one of the passive building design means for building energy conservation, from which natural ventilation process indoor thermal load could be removed and the cooling energy saving could therefore be achieved. Many previous studies have confirmed that certain degree of cooling energy saving can be realized by natural ventilation. However, the efficiency of natural ventilation on cooling energy saving is closely related to local climate, and there is a need to study its effect while applied to hot-and-humid climate. The regulation of Taiwanese green building evaluation system adopted a ratio of natural ventilation floor area (VP) to evaluate the amount of cooling energy saving since 2015. The objective of this research is to validate this assessing method by in-situ experiment data.
Methodology
To temporally identify the usage pattern of air-conditioning during hot season, two temperature sensors were deployed for each selected case, one was installed at indoor space and another was set up at outdoor space for measuring temperature variations with a logging interval of five minutes. The cooling energy can be afterwards coarsely estimated by cooling degree hour (CDH) method. To identify the theoretical cooling operation time, an adaptive thermal comfort model proposed by ASHRAE Standard 55 was adopted. Whenever the outdoor ambient temperature exceeds the upper temperature limit estimated by the adaptive thermal comfort model, the hour was deemed as in need of cooling theoretically and that hour was accumulated for theoretical operation hours. Moreover, the actual cooling operation hour can be identified by observing the measured indoor temperature, whenever a cooling was in operation, the indoor air temperature would be kept in constant within a fluctuation of circa 1˚C. The theoretical and actual amount of cooling energy of a given case can be estimated by calculating the CDH for the corresponding hours identified as theoretical or actual cooling in-operation accordingly. The actual cooling energy saving ratio can therefore be identified by dividing the value of actual CHD with that of theoretical CDH. The VP of each case was obtained by in-situ surveying the space geometry. The relationship between VP and the actual cooling energy saving benefit can be established.
Results
摘要 For school classrooms:
1. The VP for all the four mixed mode operating classrooms located in Taipei are all 1.0. The cooling energy reduction benefits for the four cases were 0.51, 0.45, 0.45, and 0.48 respectively, with an average value of 0.47, which is considered similar to the value evaluated by the existing green building regulation.
2. A total natural ventilated school classroom located in Kaohsiung was also investigated, although the in-situ temperature monitoring only lasted for one month (September). Adaptive comfort model was used to evaluate the indoor overheating problem. The results show that the overheating occurrence frequency was 88% with an average indoor temperature of 31.33˚C. The monthly long-term thermal discomfort was assessed by ISO7730 and revealed an overheating severity of 162.52 k.hr. It indicates that the natural ventilated classroom can’t be survived while assessed with adaptive comfort model under the context of Kaohsiung’s climate.
For residential spaces:
The results show that the actual cooling energy saving benefit were ranging from 0.53~0.94 with an average of 0.730 and standard deviation of 0.134. However, if they were assessed by the criteria of the existing green building evaluation system, the values would range between 0.82~1.0 with an average of 0.960 and the standard deviation of 0.06. It reveals that the existing criteria in green building evaluation system is much more stringent. However, by correlating the VP to the value of actual cooling energy saving ratio, no significant relationship was observed, suggesting that there are other variables influencing the air-conditioning energy use for residential buildings, further research is anticipated.
This project comes to twofeasible immediate strategies:
1. To formulate adequate evaluation criteria for the cooling energy saving potential of residential buildings, there is an immediate need to further study the influential factors that dominate the cooling energy use for residential buildings.
2. The results of the study reveal that classrooms, either operated in mix-mode or natural ventilation, with window openings on the opposite sides would facilitate the cross ventilation and save cooling energy. Therefore, it is recommended that the design and planning of the classrooms should be encouraged to facilitate the natural ventilation in order
第一章緒論
第一章
緒論
第一節 研究緣起與背景
建築自然通風利用是過去沒有空調的年代主要作為室內降溫之建築被動式設計技 術之一，早期建築物之設計為了確保有效自然通風，在建築開口部之設計、面向方位、 室內淨深等皆以有效之自然通風路徑為設計主要之考量原則。現代建築則因為空調設 備系統普及，而忘卻有利於自然通風之建築外殼與平面設計，傾向全年中央空調之建 築平面規劃型態，導致建築耗能量的增加。 濕熱氣候區之自然通風設計概念係以風力驅動之風力通風為主，而以溫差帶動之 浮力通風為輔。我國綠建築評估系統於 2014 年，為鼓勵現代建築採用具良好通風條件 之設計，開始將自然通風利用對空調節能之優惠計算納入評估該方法係以所有居室面 積中可有效利用自然通風樓地板面積的比例來換算空調耗能之折減效果。過去對於自 然通風利用在空調節能效益上的研究，多以電腦模擬方式行之，尚未有長期之實證研 究，同時對於自然通風的效益，亦局限於空調節能分析，未能同時加入室內熱舒適議 題之探討，整體性略有不足。因此，本研究以風力通風為研究範圍，探討臺灣常見的 複合式空調住宅與純自然通風教室之空調耗能抵減效果與室內熱舒適之情況，透過長 期現場實測之方式，以在實際應用自然通風利用之行為下，驗證我國綠建築內針對空 調節能之自然通風優惠計算之效果。 本研究挑選位於台中之住宅 17 例與採用複合式通風之台北學校類教室四案，外加 一例位於高雄岡山無空調自然通風教室一例，進行為期一年之長期室內溫濕度量測。 研究探討之議題區分為 1.室內熱舒適環境之評估、與 2.對空調節能之效益。室內熱舒 適之評估以國際上通用之熱適應模型搭配所測得之實測室內溫度資料評估室內過熱發 生之頻率及其過熱之嚴重程度；而對空調節能之效益則以冷房度時法，推估空調之抵 減效果。本研究之預期成果及效益如下：(三). 驗證現行綠建築自然通風應用空調節能潛力之效益。 應用自然通風是被動式建築設計重要之節能技術之一。自然通風係透過手動或自 動方式開啟窗戶，來引進足夠的、涼爽的外氣，以移除室內之熱負荷量，達到節省空 調能耗和提供讓居住者滿意的熱舒適狀態之效果。世界上許多地區之研究亦證實了自 然通風應用下之建築具有一定的空調節能效果。然而，自然通風之應用與當地外界氣 候密切相關，有必要針對位居濕熱氣候區的台灣進行其節能效益與對熱舒適促進之探 討。我國的綠建築規範自 2014 年版起亦導入了自然通風之節能評估，以自然通風潛力 (VP)作為推算空調節能之效益為基礎。本研究希冀透過現場實際案例之實測，以驗證 現行對自然通風評估之效益。 在實測對象之選擇上，住宿類與學校教室類型之空間，由於其具使用者自主管理 空調與開窗通風之使用特性，是最具自然通風應用之空間型態。因此，本研究以住宅 空間與學校教室為探討之對象，挑選不同之開窗方式、有效開口率、通風路徑等相異 組合下之案例，以長期實測室內熱環境條件之方式，瞭解這兩類空間應用自然通風之 實際可行情形，進而探討其所可能帶來之空調節能潛力，以驗證自然通風潛力 VP 在 綠建築空調效率 EAC 評估之抵減效果。 (一) 研究計畫內容如下： 1. 回顧與蒐集國內外文獻上針對自然通風應用對節能效益之文獻探討。 2. 針對住宿空間與學校教室空間，進行自然通風利用下之長期熱環境實測。 3. 透過實測資料印證住宿空間與學校教室的 VP 對 EAC 之抵減效果。 (二)而本研究目的如下： 1. 透過實測以驗證自然通風利用對複合式空調住宅之空調抵減效果。 2. 透過實測以確立自然通風利用對全自然通風教室之室內熱舒適情況。 3. 驗證現行綠建築自然通風應用空調節能潛力之效益。
第一章緒論
第二節 本研究計畫之重要性
我國之綠建築評估於 2014 年版開始，導入自然通風對空調節能之優惠計算，採用 自然通風潛力(VP)作為空調耗能折減之換算基礎(林憲德等 2014)。所謂自然通風潛力 即為「可自然通風居室之面積」與「總居室面積」之比值，其中可自然通風居室面積 乃由(1)單側開窗引起之「臨窗通風面積」與(2)因雙面開口引起之「對流通風面積」所 構成，其計算如下式(1)與判斷之準則圖 1-1 與圖 1-2 所示，VP 越接近 1 者通風效果 理論上會較佳。此外，跨居室間由於不同的通風開口所形成之通風路徑，亦可被認定 為可通風居室面積，如圖 2 所示，客廳陽台之落地窗與廚房之開門之間可形成有效之 通風路徑，亦可計算為可通風面積。最後，在空調節能之優惠計算上，區分為住宅類 與其他類型建築物依下式(2)與(3)計算空調耗能折減率。
(VAi CAi)/(Ai) VP (1-1) 1.0 , 0.75 0.7) -( -1.0 VP Vac Vac 住宿類： (1-2)
1.0-( -0.4)0.75
, 1.0 VP Vac Vac 其他類： (1-3) 本研究以實測之方式，實地瞭解應用自然通風利用之建築其室內熱舒適以及空調 節能之效益，期可印證自然通風之效益。有助於國內推廣有利於自然通風利用之被動 式建築外殼設計，以達建築節能之目的，同時可驗證現行綠建築對自然通風優惠之計 算。 圖 1-1 自然通風面積包括臨窗通風與對流通風之面積 (資料來源：林憲德等 2014)圖 1-2 自然通風面積之計算 (資料來源：林憲德等 2014)
第三節 蒐集之資料文獻分析
國際能源署(IEA)於 2000 年的總結報告中指出，歐洲國家的辦公大樓利用複合式 通風可以降低建築能耗達 50%以上(International Energy Agency Energy Conservation in Buildings and Community Systems Program 2000)。在這份報告揭露之後，各國紛紛開始 研究複合通風建築的節能效益。複合通風建築的節能成效的評估可以通過程式模擬或 物理監測。當與傳統的空調建築物相比，一些基於簡化模型的初步模擬結果，說明了 複合通風模式降低能耗的潛力(Daly 2002, Emmerich 2006)。美國可再生能源國家實驗 室(National Renewable Energy Laboratory)在高性能建築研究計畫(High Performance Buildings Research program)執行了複合通風建築物節能效果的物理量測，該計畫主要 聚焦於對高性能商業建築(包括自然通風和複合通風的建築)的能源消耗進行廣泛調查。 淨節能效果從 22％至 77％不等(Torcellini, Deru et al. 2004)。這些節省的來源包括採暖、 供冷和風機的節能，並可以簡單地歸因於採用複合通風的結果(Charvat, Jicha et al. 2005)。
在自然通風對空調節能與熱舒適之研究方面，一篇探討位於墨西哥乾燥與熱濕氣 候區之住宅節能研究，在分析了 27 棟住宅後指出，熱濕氣候條件下應用夜間自然通風 與低熱質量之壁體構造，可降低全年空調負荷量達 54.4%(Oropeza-Perez and Ø stergaard 2014)。另一以電腦模擬之方式探討位於義大利雙拼之透天住宅之建築外殼設計當應用 自然通風時如何影響空調節能與室內舒適性之文章，顯示在最佳之方位下，最大可有
第一章緒論 52% 的 相 對 空 調 節 能 量 (Cardinale, Micucci et al. 2003) ， 如 圖 1-3 。 此 外 ， 根 據 (Oropeza-Perez and Ø stergaard 2014)在丹麥對一自然通風利用住宅之研究，在溫帶氣候 下自然通風可取代 90%需要冷房空調的時間，如下圖 1-4 所示。
圖 1-3 一棟位於義大利住宅雙拼住宅的自然通風空調節能模擬 (資料來源：Cardinale, Micucci et al. 2003)
圖 1-4 一棟位於丹麥之自然通風住宅在各夏季月之節能量 (資料來源：Oropeza-Perez and Østergaard 2014)
而 Yao 等人，則以 ASHRAE 熱適應模型評估了中國五大氣候區設計階段之辦公 建築，考量室內發熱量、建築開口部設計與氣候因素以室內熱舒適為基礎之各地自然 通風潛力(Yao, Li et al. 2009)。Schulze 與 Eicker 則應用 EnergyPlus 模擬解析在德國、 義大利與土耳之開窗風力通風，其室內熱舒適性與空調節能之效益(Schulze and Eicker 2013)。Borgeson 和 Brager 亦利用 EnergyPlus 以及不同的熱舒適標準，在美國加州六 種相異的氣候下量化評估一座複合通風大樓的室內環境過熱程度，並探討建築物外殼 性能和過熱度之間的關係(Borgeson and Brager 2011)，發現純粹的自然通風建築室內過
圖 1-5 美國加州不同氣候區下應用自然通風之熱舒適與節能潛力 (資料來源：Borgeson and Brager 2011)
一份在印度的研究顯示，在 80%可接受之範圍內教室內的學生可以透過開風扇、 開窗及衣著量來提高溫度容忍度 4 度 C，對舒適溫度的範圍有更高的容忍度，此意味 著自然通風教室在空調的啟用上可於較高之室溫下才使用空調，以進而達到空調節能 (Mishra and Ramgopal 2015)。另一在馬來西亞吉隆坡住宅之研究，顯示單純的對向開 窗自然通風可節能約 8.37%的空調負荷量，然而相較於全空調的環境，應用最佳化後 的自然通風策略可進而達到空調節能 27.92%(Homod and Sahari 2013)。
在國內之文獻方面，李君根據自然通風潛力 VP(Ventilation Potential)評估法，就開 窗位置與平面設計之條件所形成室內可自然通風面積與總居室面積的比例，評估七種 空間案例的通風效益，並與 CFD 數值模擬之結果比對，二者相關性達 0.93，顯示以 VP 值評估空間的通風效益用有其參考性(李怡萱 2014)。而有關於臺灣應用自然通風 對室內熱舒適之影響方面，則有(黃瑞隆, 郭乃榕 et al. 2006, 林盛隆, 楊靜宜 et al. 2010, 邱英浩, 戴育澤 et al. 2010, 周昌賢 2014)等人針對不同之建築類型個案進行過 探討。此外，Hwang et al.透過 15 間國中小的問卷調查發現，臺灣學生的熱舒適範圍 皆較 ASHRAE 所定義的熱舒適範圍來得寬(Hwang, Lin et al. 2006)，如圖 1-6 所示，意 即學生能忍受之溫度變動較廣，意味著應用複合式通風之教室在臺灣可能有較佳的空 調節能效益。
第一章緒論
圖 1-6 臺灣學生的熱舒適範圍皆較 ASHRAE 所定義的熱舒適範圍來得寬 (資料來源：Hwang, Lin et al. 2006)
另外，亦有碩論嘗試以自然通風應用之案例，以電腦模擬之方式對現行建築外殼 節能評估指標(ENVLOAD)進行優惠修正之研究(賴柏亨 2008)。過去內政部建築研究 所亦有針對複合式通風應用於臺灣各地之潛力分析，指出與空調溫度固定維持在 28°C 的情況相比，複合通風的所減少的冷房度時，至少超過 60%，最高可達 90%(黃瑞隆 and 黃國倉 2013)。然而，目前國內尚缺少大量長期之實測案例研究可供比對與驗證現行 綠建築對自然通風潛力對空調節能之抵減效果。
第二章研究方法
第二章
研究方法
第一節 自然通風利用潛力評估與研究步驟
所謂自然通風利用係以非機械之方式進行室內換氣與通風之技術手法，透過建築 之被動式設計以產生壓力差或溫度差進而引導室內氣流之流動。本計畫之研究流程如 圖 2-1，首先針對自然通風利用之國內外文獻進行回顧，確立自然通風在各異之氣候 條件下，其對於室內溫熱環境與空調節能之關係。自然通風利用包括以開窗對流為主 之風力通風(wind-driven ventilation)與以熱浮力對流為主之浮力通風應用(buoyancy ventilation)。浮力通風之應用較常見於乾燥之溫帶國家，透過增加進風口與出風口之 高程差或溫度差以增加熱對流之原理以促進室內之通風，是應用室內淨高與通風塔之 利用，常見於大空間之工廠廠房、演講廳等，在住宅與學校類教室較難以應用。風力 通風則主要透過建築開口部之壓力差而產生對流，其效果與風向、風速、開窗方式、 是否有對象開窗以及室內通風路徑是否有障礙物有關。臺灣較為常見之自然通風策略 為屬開窗對流之風力通風應用，因此本研究之研究範圍定義，將以風力通風應用之案 例為主。 本案之研究流程如圖 2-1 所示。研究初期首先進行樣本之現場勘查，學校類則同 時進行空調系統管理策略、教室方位、配置、室內發散熱等資訊之調查。於擇定施測 樣本後，進行現場測繪以獲知空間尺寸俾利換算各案之自然通風潛力(VP)。溫濕度記 錄儀器於夏季前完成現場安裝，並進行長期之室內、戶外溫濕度量測。在計算空調折 減效果上，本研究透過室內實測溫度資料以及與戶外之溫度記錄比對，判斷空調之啟 停時間，藉以得知實際之空調時間。此外，在理論空調使用時間之判斷上，在良好自 然通風室內應與戶外溫度相當之前提下，則擬以熱適應模型透過戶外溫度判斷理論上 應室內過熱而需啟用空調之時間，以分析實際之空調節能效果。最後，提出結論與建 議。圖 2-1 研究流程 （資料來源：本研究整理）
第二節 自然通風利用空間之長期實測
由於自然通風之目的除了基本之換氣需求以確保室內之空氣品質外，另一目的則 是為了透過通風對流以移除室內熱，以達室內熱舒適而減少空調使用時間。本研究著 重於探討自然通風在室內熱舒適環境之確保以及其可帶來之空調節能潛力之分析。在 此觀點下，由於自然通風之最終效益將反應於室內溫熱環境之表現，因此探討自然通 風下之室內溫度變化是大家所關心的議題。研究方法上將以實測驗證之方式進行。為第二章研究方法 了實證探討自然通風利用之策略對室內溫熱環境以及建築節能之影響，擬規劃透過現 場實測之方式進行，首先挑選自然通風條件相異之案例進行長時間之室內溫度記錄。 於每一實測案例現場安裝溫濕度記錄器，藉以判斷空調啟停時間與室內溫熱狀態之依 據。 在實測建築類型之挑選上，以較適於應用自然通風利用之住宅類與學校教室類型 建築為探討對象。為事先排除氣候區差異之影響，本研究將同類型之建築樣本挑選以 位於同一氣候區或地理位置為原則，住宅樣本全挑選以位於台中地區為主；而教室之 樣本則全位於台北地區。同時盡量挑選具相異之空間通風特徵以驗證自然通風利用潛 力(VP, ventilation potential)對通風效益之關係。住宅樣本以戶為單元，針對客廳、臥室 等居室空間進行實測，以增加具相異之通風特徵空間；學校教室之篩選則以複合式空 調之混合通風教室為主，由於我國高中教室普遍才有空調設備，因此選擇施測之對象 以高中教室為原則。為後續換算所選建築空間之 VP 值，擬於施測前前往現場勘查並 測繪建築平面、記錄開窗位置、開窗方式、尺寸等建築資訊，並於實測空間安裝溫濕 度記錄器，溫濕度儀器說明詳見本章第七節。實測之季節擬於四月中開始進行至計畫 期末，至少涵蓋整個夏季，以檢討各案例自然通風利用在熱季之效益，礙於記錄器之 電池容量，擬每月回收一次數據。
第三節 熱適應理論與原理
為確立 VP 對室內熱舒適度之效益方面，擬針對透過實測得之室內溫度資料進行 過熱時數頻度與過熱嚴重程度之分析，室內環境過熱之判斷擬參考國際上通用之熱適 應模型舒適範圍，以評估使用者進駐時間內之室內溫熱情形。在室內熱舒適之評斷上， 當室內溫度超過熱適應模型所規範之熱舒適範圍時謂之發生過熱，此可藉由實測之室 內溫度變化統計而得其發生頻率。然而，超過 1°C 之過熱與超過 3°C 之過熱情況對人 體所帶來之熱應力(heat stress)卻是不同的，過熱發生頻率僅能得知發生過熱之機率，度之累計值，始能描述使用者所承受之熱應力情況。過熱嚴重度之分析方法擬參採 ISO 7730 內對於長期室內熱嚴重程度之計算方法。 熱舒適研究始於上世紀初，於 70 年代形成了以人體熱平衡方程和人工氣候室實驗 為基礎的經典熱舒適評價模型。隨後，許多現場的研究發現此模型無法準確預測實際 建築中的人體熱反應，因此提出了熱適應觀點和假說，以期合理解釋現場研究與氣候 室研究結果之間的區別，準確預測實際建築環境中的人體的熱反應。近年來人體熱適 應研究受到越來越多的關注，在世界各地廣泛開展了大規模的現場研究調查，研究者 相繼提出若干熱適應研究理論模型，以期揭示人體熱適應的內在機制，而熱舒適是居 住者對熱環境表示滿意的一種心理狀態。熱適應舒適模型(adaptive thermal comfort model)以人對環境的滿意程度做為評估熱環境的標準。傳統之室內熱舒適評估以 Fanger 所提之 PMV-PPD 為主，但是近期有許多學者提出 PMV-PPD 模型並不全然適 用於自然通風型建築之熱舒適評估，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 亞洲國家之熱舒適研究後發現，此一現象更為明顯(Van Hoof 2008)。在自然通風下之 人們熱舒適感覺更與戶外長期之平均溫度相關，因此，本研究以 de Dear 與 Brager(de Dear and Brager 1998)等人所提出之熱適應模型作為評估自然通風下之熱舒適性。本研 究初步先以國際上較廣為使用之美國冷凍空調協會(ASHRAE)於 Standard 55 所建議之 熱適應模型進行評估室內過熱與否之依據(ASHRAE 2010)。
第四節 自然通風利用對空調節能抵減效果
自然通風利用對空調節能之效果可由下圖 2-2 所示，當自然通風量可帶走室內熱 以滿足室內之熱舒適時，無須啟動空調而達到節能之目的，如圖中深黃色區域。反之， 當戶外溫度過高單純透過自然通風而無法滿足室內之熱舒適時，則不得不啟用空調， 因此空調之節能量將與通風之有效性相關。通風之有效性除與當地之長年風速風向有 關外，尚與建築開口部之配置、室內通風路徑之確保等因素相關，以現行綠建築對於 自然通風對空調節能之優惠計算而言，即為自然通風利用潛力(VP)。第二章研究方法 自然通風應用在空調耗能之折減效果之推估上，礙於樣本多屬私有空間難以透過 電表進行實際用電量之實測，再加上住宅之室內使用時間不固定存在使用時程上之不 確定性，實務上無法確知實際之節電效果。因此本研究擬搭配現場溫濕度之實測數據 判斷冷氣啟停時間，以理論推估空調耗能之方式進行。由於空調負荷與外氣溫度呈正 比關係，因此在概估當地之空調耗能時，常以當地氣候對超過某一基準溫度之差值進 行累算，以反應當地之炎熱情況，此謂之冷房度時。所謂冷房度時(CDH, cooling degree hours)即是建築物使用時段內之逐時外氣溫高於某一冷房基準溫度（本研究教室類訂 為 23°C, i.e. CDH23；住宅類為 26°C, i.e. CDH26）之全年溫差累算值，此數值可代表當 地全年之空調耗能程度。國際上亦曾有文獻採用冷房度時以推估空調耗能之案例 (Letherman and Al-Azawi 1986, Oktay, Coskun et al. 2011)。因此，在討論每一實測案例 應用自然通風在空調耗能之抵減效益上，本研究採用冷房度時法予以比較空調節能量。 就自然通風利用之實測案例而言，吾人可由實測得之逐時室內溫度變化與當地氣象測 站之逐時溫度資料，判斷空調是否啟動，藉以計算空調使用期間之冷房度時累算值 CDH23,x,p，其公式如(4)。而當地理論上之空調啟用期間之 CDH23,p 則可由當地之戶外 逐時氣象資料計算而得，公式如(5)。因此，空調之節能效益(Vac)可經由(6)計算而得。 在外界氣溫之選用上，選擇當地與樣本施測期間同期之中央氣象局一級測站逐時外氣 溫度藉以計算冷房度時，以確保分析時氣候之一致性。
n i p i n p x T x CDH 1 , , , ( ) (2-1)
m i p i m p x T x CDH 1 , , , ( ) (2-2) m p n p m p p CDH CDH CDH Vac 1( 23, , 23, , )/ 23, , (2-3) 其中 p=案例地點；n=空調實際啟用之小時數(hr)；m=理論上空調啟用之小時數(hr)； Ti,p=p 地點當地第 i 小時之外氣溫度(°C)；x=CDH 起算溫度(學校為 23˚C，住宅為 26˚C) 在獲知自然通風下之空調節能效益(Vac)後，即可將各案之自然通風利用率(VP)與 Vac 以現行綠建築日常節能指標之自然通風優惠計算修正式進行驗證。圖 2-2 自然通風與空調節能之關係 （資料來源：本研究繪製）
第五節 自然通風潛力計算方式
自然通風潛力 VP(Ventilation Potential)定義為「可自然通風居室之面積」與「總居 室面積」之比值，其中可自然通風居室面積由(1)單側開窗引起之「臨窗通風面積」與 (2)因雙面開口引起之「對流通風面積」所構成，其計算如下式(1)。對於「臨窗通風面 積」之判斷，係指自開口邊界向旁推 2 公尺、向室內深 5 公尺之矩形面積，如圖 2-3； 而「對流通風面積」則是將開口中心彼此連線，形成對流通風路徑，再將此路徑向外 各延伸 2 公尺的範圍，如圖 2-4。此外，跨居室間由於不同的通風開口所形成之通風 路徑，亦可被認定為可通風居室面積，不過通風路徑有角度與長度上的限制，詳見參 考書目(林憲德等 2014)。最後，在空調節能之優惠計算上，區分為住宅類與其他類型 建築物依下式(2)與(3)計算空調耗能折減率。此外，規範上亦訂有 Vac 最小值之限制， 住宿類之最大空調節能效益為 0.225 而其他類則為 0.45。
(VAi CAi)/(Ai) VP (2-4) 1.0 and 0.225] , 0.75 0.7) -( -1.0 [ Min VP Vac Vac 住宿類： (2-5)
1.0-( -0.4) 0.75
,0.45} 1.0 { Min VP andVac
Vac 其他類： (2-6) 其中 VP：自然通風潛力。 VAi：第 i 樓之臨窗通風面積。 CAi：第 i 樓之對流通風面積。 Ai：第 i 樓之居室樓地板面積。 Vac：空調耗能折減率。 ：複合式通風控制係數(中央空調為 1.0，其他類空調則為 0.5)。
第二章研究方法 圖 2-3 鄰窗通風面積認定原則 （資料來源：本研究繪製） 圖 2-4 對流通風面積認定原則 （資料來源：本研究繪製）
第六節 空調使用時間判斷依據
本研究欲對現有之空調之節能效益(Vac)公式進行驗證，所以本研究所採取的方法 為，調查實測案例之實際空調使用時間，並透過 ASHARED Standard55 之熱適應模型 (式 7)，計算各月月均溫以推估理論上人體所感受到的熱舒適溫度範圍。該熱適應模型 係假設當周遭環境溫度改變時，人們亦會隨之透過調整著衣量、開窗通風或啟用風扇 等措施以調節熱感受，此模型適合應用於評估自然通風或複合式通風使用之建築。 透過 ASHRAE 55 熱適應模型所定義之熱舒適範圍，如圖 2-5 所示，再加上室內 所實測得之室內溫度，即可預估理論上應使用空調的時間。由於自然通風應用時所可 及之室內溫度最大效益即為與戶外溫度相同，當室溫大於戶外溫度時即代表單純藉由 自然通風無法完全去除室內熱取得因而室內溫度上升之情況。因此，若室外溫度高於熱舒適範圍的溫度上限時，即判斷為理論應使用空調之時間，詳細之所有可能情境與 判斷方式見表 2-1。 5 . 3 8 . 17 31 . 0 0 n T T (2-7) 其中 Tｎ：相應月均溫人體所感到熱舒適之氣溫 Tｏ：月均溫 圖 2-5 ASHRAE Standard55 熱適應模型所建議之舒適範圍 (資料來源：ASHRAE 2010) 表 2-1 熱舒適情境與開啟空調時間逐時判斷依據 註 1：其中 O 表示由測得氣溫搭配熱適應模型判斷後過熱；X 表示未過熱 註 2：其中 O 表示由室溫之變化判定有開空調之情形；X 表示未開空調 註 3：其中 Y 表示記入空調時數；N 表示不計入空調時數 （資料來源:本研究整理） 情境 由實測溫度判斷過熱或空調使用之可能組合 判斷處置情形 以實測戶外 溫度判斷1 以實測室內 溫度判斷1 室內實際空 調使用情形 判斷2 理論上使用 空調時間 (A)3 實際上使用 空調時間 (B)3 1 O O O 此情形不可能發生 2 O O X N N 3 O X O Y Y 4 O X X Y N 5 X O O 此情形不可能發生 6 X O X N N 7 X X O Y Y 8 X X X N N
第二章研究方法 表 2-1 中，情境 1 與情境 5 因室內溫度過熱與使用空調相抵觸，為現實中不可能 發生的情境，故並未列入判斷空調與否之依據；而情境 2 在室內外均過熱的情形下， 未使用空調，係可能室內為無人的情況，理論及實際上均判定為無空調使用；情境 3 為一般經常發生之情形，因熱適應模型無法滿足真實之需求因此實際開了空調。情境 4 為室外過熱，實際未使用空調、室內亦沒有過熱情形發生，因此由戶外溫度研判理 論上是應使用空調，因此記入理論上應開空調之時數。情境 6 在室內過熱的情形下未 使用空調，此情況如同情境 2 係為無人狀態，因此若室內有人，則會因室外溫度適宜 而使用自然通風調節室內溫度，故計為理論與實際均未使用空調。情境 7 與 8 室內外 均無過熱情形，但是在情境 7 的情況下，有可能室內曾經過熱，因此理論與實際上皆 會開空調，情境 8 則為最理想自然通風調節情形，室內外溫度接近且符合熱舒適情形， 故理論與實際上均未開空調。
第七節 溫濕度測量儀器與標準安裝作業
在現場進行自然通風利用實測方面，本研究所使用之溫溼度紀錄器為無須外接電 源之自計式 On-set HOBO Pro v2 溫濕度計，以記錄實測空間內之溫度與相對濕度變化， 以利判斷空調啟停時間與記錄室內溫熱狀態之依據。HOBO Pro v2 溫溼度計之記憶體 容量可記錄 42,000 筆資料，取樣頻率為 1 秒至 18 小時，由使用者自訂，本研究設定 之取樣頻率為每 5 分鐘記錄一筆觀測數據。而 HOBO Pro v2 溫溼度計對溫度與濕度的 敏感度分別為：溫度的可測量範圍界於攝氏零下 40 度至攝氏 70 度，精確度為正負 0.18 度；相對溼度的可測量範圍在 0%至 100%，精確度則為正負 2.5%，儀器詳細規格如表 2-2 所示。 儀器安裝時之注意事項包括尋找合適的安裝位置來置放儀器以避開環境熱源，以 測得實際之室溫，因此通常建議溫濕度記錄器置放位於居室正中央，且需要避開陽光 直射與避開熱源，如:燈具、電路管線、空調出風口等，也需避免感應器直接接觸牆面，線路，而非傳輸端本身，保持傳輸端的可活動性，將傳輸端與感應器分別以膠帶固定， 線路過長時則以束線帶整理，最後再次注意感應器未接觸其他表面、遠離光源及熱源， 始安裝完成。 表 2-2 HOBO Pro v2 溫溼度計儀器規格 相對濕度(%) 溫度(℃) 測量範圍 0%至 100% -40℃至 70℃ 精確度 ±2.5% RH (10%≦RH≦90%) ±0.18℃ (於 25℃) 解析度(12 位元) 0.03%RH 0.02℃ (於 25℃) 反應時間 4 分鐘 (於風速 1 m/s 達 90%) 40 秒 (於風速 1 m/s 達 90%) 記憶體容量(筆數) 42,000 筆資料 取樣頻率 1 秒至 18 小時(使用者自訂) （資料來源:本研究整理）
第三章教室空間實測樣本說明
第三章
教室空間實測樣本說明
本研究利用位於台北地區內四所複合式通風應用之高中教室進行室內溫濕度環境 之實測。每所高中經事先現場實地勘查後，各所學校分別擇定一間教室進行長期實測。 為計算自然通風潛力 VP，藉以瞭解教室類空間應用自然通風之實際可行情形，進而 探討其所可能帶來之空調節能潛力，以驗證自然通風潛力 VP 對室內空調效率評估之 抵減效果，研究上針對每一參與實測之教室空間進行空間測繪。此外，為了分析教室 室內發熱量在自然通風利用潛力上之影響，亦分別調查了每一間實測教室室內之照明 數量、照明種類、學生人數、室內發熱設備等設備量資訊以為參考。 進行實測的學校分別是台北市立建國高級中學、台北市立中山女子高級中學、新北市私立 光仁中學以及新北市立板橋高級中學，整理如 表 3-1，而四所學校之地理位置如圖 3-1 所示，圖中依序由右至左分別為建國中 學、中山女中、光仁中學以及板橋高中。各案例之開始溫濕度施測時間落在 104 年四 月下旬至五月初。每一案於教室內與戶外通風良好之走廊處分別安裝一只溫濕度記錄 器，以獲得室溫與戶外條件。此外，本研究於九月時另擇一獲鑽石級綠建築標章位於 高雄岡山之前峰國中進行實測，該案教室皆為全自然通風無安裝空調設備，以探討全 自然通風教室之室內熱舒適情況。表 3-1 四所施測學校之基本資料 案名 教室座向 教室所 在樓層 室內面積 (m2) VP 設備量統計 建國中學 東面 2 樓 64.560 1.0 38 盞 T5 燈管，蒸飯箱 1 台，桌上 型電腦 1 部，投影機 1 部。 中山女中 南面 2 樓 85.200 1.0 28 盞 T5 燈管，蒸飯箱 1 台，投影 機 1 部。 光仁中學 西面 3 樓 74.194 1.0 35 盞 T5 燈管，投影機 1 部。 板橋高中 東南面 4 樓 80.873 1.0 34 盞 T8 燈管，桌上型電腦 1 部， 投影機 1 台。 （資料來源：本研究整理） 表 3-2 各學校案例施測日期 類型 學校名稱 起始日 最後分析日期 複合式通風 台北建國中學 4 月 23 日 10 月 1 日 台北中山女中 4 月 8 日 10 月 1 日 新北光仁中學 4 月 18 日 10 月 4 日 新北板橋高中 4 月 24 日 10 月 1 日 全自然通風 高雄前鋒國中 9 月 1 日 10 月 2 日 （資料來源：本研究整理） 四所高中對於校內空調使用管制之管理整理如表 3-3 各校施行之空調使用管理方 案所示。以下分述各教室實測情形與說明。 表 3-3 各校施行之空調使用管理方案 案例學校 空調管理方案 建國中學 學生班級以儲值卡之方式使用者付費管理，同時校方規定 28˚C 以上與 9 點以後始可開冷氣，但無對冷氣輸電與否之管制措施。 中山女中 學生班級以儲值卡之方式依使用者付費管理。 光仁中學 學生事先於學費繳交一筆固定之冷氣使用費，學校統一於 28˚C 以上時才允許送電開啟冷氣使用。 板橋高中 學生以儲值卡方式使用者付費管理，班級以投票表決冷氣是否要 開，學校僅原則上告知 28˚C 以上再開，無對冷氣輸電與否之管 制措施。 （資料來源：本研究整理）
第三章教室空間實測樣本說明
第一節 學校案例一基本資料說明(台北建國中學)
台北市立建國高級中學位於南海路上，本次選擇實測之教室為位於學校西側 2 樓 之 108 教室，教室之主要側向開窗面向方位為東西向，學校航照圖與實測教室如圖 3-2 中之框選範圍。校教室配置如圖 3-3 所示。 圖 3-2 台北市立建國高級中學空照圖 （資料來源：Google 地圖）本案實測知教室為 108 教室位於明道樓 2 樓，為圖 3-2 與圖 3-3 中黑線所框出之 位置，室內淨長、淨寬與淨高分別是 9.061m、7.125m 與 3.427m，室內面積與室內容 積為 64.560 m2與 221.246 m3，班級人數 45 人。教室開口大致為東西向，開口面積各 是 7.775 m2、8.063 m2，班級人數為 45 人，燈具有 38 盞 T5 燈管，其他設備分別有蒸 飯箱 1 台、桌上型電腦 1 部、投影機 1 部。經計算後 VP 為 1.0。測量儀器安裝於教室 中央的燈座支架上，戶外測點則位於窗台上緣，詳細教室資料與平面圖如 表 3-4 與圖 3-4 所示。現場實際安裝之位置照片如圖 3-5 與圖 3-6 所示。 表 3-4 台北市立建國高級中學 108 教室基本資料 淨高 (m) 長度 (m) 寬度 (m2) 面積 (m2) 容積 (m3) 開口面積(m2) 班級人數（人） VP 東面 西面 3.427 9.061 7.125 64.560 221.246 7.775 8.063 45 1.0 （資料來源：本研究整理） 圖 3-4 建國中學 108 班教室平面圖與測點位置 （資料來源：本研究整理） 黑 板 單位:公分 室 內 測 點 室 外 測 點
第三章教室空間實測樣本說明 圖 3-5 建國中學 108 班教室內測點安裝位置 （資料來源：本研究拍攝） 圖 3-6 建國中學 108 班教室外測點安裝位置 （資料來源：本研究拍攝） 室 內 測 點 室 外 測 點
第二節 學校案例二基本資料說明(台北中山女中)
台北市立中山女中位於長安東路與建國北路交叉口，實測教室為逸仙樓三勤教室， 校園配置圖與空拍圖如下圖 3-7 與圖 3-8 所示。 圖 3-7 台北市立中山女中校園空照圖 （資料來源：Google 地圖） 圖 3-8 台北市立中山女中校園配置圖 （資料來源：中山女中校方提供）第三章教室空間實測樣本說明 中山女中三勤教室於逸仙樓 2 樓，為圖 3-7 與圖 3-8 中黑線所框出之位置，室內 淨長、淨寬與淨高分別是 11.794m、7.224m 與 3.821m，室內面積與室內容積為 85.200m2 與 325.549 m3，班級人數 36 人。開口位於北面與南面，開口面積分別是 11.954 m2、 8.331 m2，班級人數 36 人，燈具為 28 盞 T5 燈管，其他設備分別有蒸飯箱 1 台、投影 機 1 部。經計算後，VP 為 1.0。儀器測點位置於教室中央的燈座支架上，戶外測點則 因日照問題，安裝於一樓樓梯間通風處，詳細教室資料與教室平面圖如 表 3-5 與圖 3-9 所示。現場實際安裝之位置照片如圖 3-10 與圖 3-11 所示。 表 3-5 台北市立中山女中三勤教室基本資料 （資料來源：本研究整理） 圖 3-9 中山女中實測教室平面與測點位置 （資料來源：本研究測繪） 淨高 (m) 長度 (m) 寬度 (m2) 面積 (m2) 容積 (m3) 開口面積(m2) 班級人數 （人） VP 北面 南面 3.821 11.794 7.224 85.200 325.549 11.954 8.331 36 1.0 室 內 測 點 室 外 測 點
圖 3-10 中山女中實測教室內測點位置實拍 （資料來源：本研究拍攝） 圖 3-11 中山女中實測教室外測點位置實拍 （資料來源：本研究拍攝） 室 內 測 點 室 外 測 點
第三章教室空間實測樣本說明
第三節 學校案例三基本資料說明(新北光仁中學)
新北市私立光仁中學位於板橋區，實測教室為高一義班，校園配置圖與空拍圖如 下圖 3-12 與圖 3-13 所示。 圖 3-12 新北市私立光仁中學校園空照圖 （資料來源：Google 地圖）光仁中學一義教室位於至善樓 3 樓，為圖 3-12 與圖 3-13 中框選之位置，室內淨 長、淨寬與淨高分別是 8.771m、8.459m 與 3.157m，室內面積與室內容積為 74.194m2 與 234.230 m3，班級人數 48 人。開口方位於北面與南面，開口面積分別是 11.954 m2、 8.331 m2，班級人數為 48 人，燈具有 35 盞 T5 燈管，其他設備分別有桌上型電腦 1 部、 投影機 1 部，另外，VP 為 1.0。測量儀器安裝於教室中央的燈座支架上，戶外測點同 中山女中，為躲避走廊日照選擇安裝於劉梯間通風處，詳細教室資料與平面圖如 表 3-6 與圖 3-14 所示。現場實際安裝之位置照片如圖 3-15 與圖 3-16 所示。 表 3-6 新北市私立光仁中學高一義班教室基本資料 （資料來源：本研究整理） 圖 3-14 光仁高中實測教室平面與測點位置 （資料來源：本研究測繪） 淨高 (m) 長度 (m) 寬度 (m2) 面積 (m2) 容積 (m3) 開口面積(m2 ) 班級人數 （人） VP 北面 南面 3.157 8.771 8.459 74.194 234.230 11.954 8.331 48 1.0 室 外 測 點 室 內 測 點
第三章教室空間實測樣本說明 圖 3-15 光仁高中實測教室內測點位置 （資料來源：本研究拍攝） 圖 3-16 光仁高中實測教室外測點位置 （資料來源：本研究拍攝） 室 內 測 點 室 外 測 點
第四節 學校案例四基本資料說明(新北板橋高中)
新北市立板橋高中於板橋區文化路一段，實測教室位於智樓 217 班，校園空拍圖 與校園配置圖如下圖 3-17 與圖 3-18 所示。 圖 3-17 新北市立板橋高級中學校園空照圖 （資料來源：Google 地圖） 圖 3-18 新北市立板橋高級中學校教室配置圖 （資料來源：板橋高中校方提供）第三章教室空間實測樣本說明 板橋高中 217 教室位於智樓 4 樓，為上圖黑線所標註之區域，室內淨長、淨寬與淨高分別 淨高分別是 8.744m、9.249m 與 3.531m，室內面積與室內容積為 80.873m2與 285.563 m3，班級 班級人數 44 人。開口方位於東南面與西北面，開口面積分別是 13.225 m2、11.329 m2，經計算 經計算後，VP 為 1.0 而 Vac 則是 0.275。測點位置於教室中央的燈座支架上，戶外測點則與建 點則與建國中學相同，安裝於窗台上緣，詳細教室資料與平面圖如 表 3-7 與圖 3-19 所示。現場實際安裝之位置照片如圖 3-20 與圖 3-21 所示。 表 3-7 新北市立板橋高級中學 217 班教室基本資料 （資料來源：本研究整理） 圖 3-19 板橋高中實測教室平面與測點位置 淨高 (m) 長度 (m) 寬度 (m2) 面積 (m2) 容積 (m3) 開口面積(m2 ) 班級人數 （人） VP 西北面 東南面 3.531 8.744 9.249 80.873 285.563 13.225 11.329 44 1.0 黑 板 單位:公分 室 內 測 點 室 外 測 點
圖 3-20 板橋高中實測教室內測點位置 （資料來源：本研究拍攝） 圖 3-21 板橋高中實測教室外測點位置 （資料來源：本研究拍攝） 室 內 測 點 室 外 測 點
第三章教室空間實測樣本說明
第五節 學校案例五基本資料說明(高雄前峰國中)
高雄市立前峰國中位於高雄市岡山區樹人路 1 號，本案例曾獲鑽石級綠建築標章， 教室配置大多呈現南北向配置，建築師設計之理念為善用綠化優良之中庭提供教室內 遮蔭與降溫之效果。本案實測教室選擇位於教室群 D 棟普通教室 206 班恰位於兩中庭 之中間，校園空拍圖與校園配置圖如下圖 3-17 與圖 3-18 所示。有別於於前述四所高 中有裝設空調，本案例是一所無空調全採自然通風模式之國中案例。本案之實測，考 量暑假七、八月期間教室無人使用，因此實測於九月二日開學日始，截至期末報告撰 寫時(十月初)共有完整一個月的數據以茲分析。 圖 3-22 高雄市立前峰國中校園空照圖 （資料來源：Google 地圖）圖 3-23 高雄岡山前峰國中教室配置圖 （資料來源：前峰國中校方提供） 前峰國中 206 教室位於 D 棟普通教室 2 樓，為上圖黑線所標註之區域，室內淨長、淨寬與 淨寬與淨高分別是 8.5m、8.75m 與 3.8m，室內面積與室內容積為 74.237m2與 282.625 m3，班 m3，班級人數約 40 人。開口方位於西南面與東北面，開口面積分別是 14.36 m2、10.44 m2，經 m2，經計算後，VP 為 1.0 而 Vac 則是 0.275。測點位置於教室正中央的燈座支架上，戶外測點 戶外測點則安裝於窗台上緣，詳細教室資料與平面圖如 表 3-7 與圖 3-19 所示。現場實際安裝之位置照片如圖 3-20 與圖 3-21 所示。 表 3-8 高雄市立前峰國中 206 班教室基本資料 （資料來源：本研究整理） 淨高 (m) 長度 (m) 寬度 (m2) 面積 (m2) 容積 (m3) 開口面積(m2 ) 班級人數（人） VP 西南面 東北面 3.8 8.5 8.75 74.237 282.625 14.36 10.44 40 1.0
第三章教室空間實測樣本說明 圖 3-24 前峰國中 206 班教室平面 （資料來源：本研究測繪） 圖 3-25 前峰國中教室實測位置 （資料來源：本研究拍攝） 室 內 測 點 位 置 室 內 測 點
圖 3-26 前峰國中戶外測點位置 （資料來源：本研究拍攝） 戶 外 測 點 位 置
第四章教室類實測結果分析
第四章
教室類實測結果分析
第一節 複合式通風教室
教室實測案例均於 4 月底開始施測，截至期末報告撰寫為止約有 5 個足月之數據 可供分析大致涵蓋我國炎熱季節。以下圖 4-1 至圖 4-4 為此期間之實測結果與判斷空 調使用時間之呈現。基本上由於所擇教室均為兩側對向開窗，在標準教室淨深下，其 自然通風潛力 VP 值均為良好之 1.0。所有案例在在 5 月份起始開始有空調之使用，將 各學校案例之室內外溫度趨勢與空調使用時間判斷如圖 4-1 至圖 4-4 所示。 圖 4-1 建國中學 108 班教室內外溫度比較及空調時間判斷 （資料來源：本研究整理）圖 4-3 光仁中學高一義班教室內外溫度比較及空調時間判斷 （資料來源：本研究整理） 圖 4-4 板橋高中 207 班教室內外溫度比較及空調時間判斷 （資料來源：本研究整理） 建國中學之理論空調時數與實際空調時數分別為 405 小時、215 小時，中山為 201 小時及 137 小時及 137 小時，光仁中學為 383 小時、243 小時，而板橋高中則為 438 小時與 245hr。四校之 四校之理論與實際空調使用時數整理如圖 4-5 所示。建國中學、中山女中、光仁中學與板橋中 學等四所高中實際空調使用小時數佔理論應開空調小時數之比率分別為 53%、68%、64%與 56%。 由實測室溫判斷出空調啟停之時程後，為進一步估算空調耗能量，本研究將進行理論與實際之 空調使用期間內的冷房度時(CDH23)累算，以代表空調潛在之耗能量，其結果理論與實際之空調 耗能 CDH23則分別為建中 3720K.hr 與 1680K.hr；中山 1633K.hr 與 727 K.hr；光仁 3316K.hr 與 1480 K.hr；板中 3970K.hr 與 1922 K.hr。其中光仁高中與板橋高中由於炎熱之暑假七、八月期 間尚有為數不少之暑期輔導課程，此期間因天氣較為炎熱大多開空調使用，因此實際之空調啟
第四章教室類實測結果分析
用率較其他二所學校為高。然而於以冷房度時(CDH23)估計空調耗能量時，四間之理論與實際
表 4-1 所示，空調抵減效果(VAC23)介於 0.44~0.48 之間，平均為 0.46。如依現行 規範之內容學校是依其他類之評估公式評估，此外，因四所學校之教室其可自然通風 面積(VP)皆為 1.0 換算規範之 VAC 為 0.275，皆小於規範規定之下限 0.45，因此於規 範評估之認定上四所 VAC 皆為 0.45 定值，與實測結果相去不遠。因此，現行綠建築 規範對於學校教室因自然通風而可獲得之空調節能效益評估無須進行修正。 然而，值得注意的是，由於實測所選擇之案例其 VP 皆為 1.0，因此現階段尚無法 斷定當學校類之 VP 小於 1.0 時原規範內之評估公式是否合理，不過我國高中以下學 校類教室由於大部分之開窗形式多為兩側對向開窗居多，因此其 VP 普遍算起來亦多 為 1.0，而大專院校之教室有可能採用中央走廊之教室配置，才會有 VP 小於 1.0 之情 況。 圖 4-5 各校教室空調使用時數比較 （資料來源：本研究整理）
第四章教室類實測結果分析 表 4-1 四所複合式空調教室之空調折減效果分析 學校名稱 建中 中山 光仁 板中 淨高 (m) 3.43 3.82 3.16 3.53 長度 (m) 9.06 11.79 8.77 8.74 寬度 (m) 7.13 7.22 8.46 9.25 面積 (m2 ) 64.56 85.20 74.19 80.87 容積 (m3 ) 221.25 325.55 234.23 285.56 開口方位 東面 西面 北面 南面 北面 南面 西北面 東南面 開口面積 (m2 ) 7.78 8.06 11.95 8.33 15.36 12.82 13.23 11.33 班級人數 45 36 48 44 VP 1 1 1 1 理論空調 (hr) 405 201 383 438 實際空調 (hr) 215 137 243 245 空調實際啟用 率(%) 53% 68% 64% 56% 理論 CDH23 3720 1633 3316 3970 實測 CDH23 1680 727 1480 1922 VAC 0.45 0.44 0.45 0.48 經排除校方空 調管理後之修 正 VAC 0.51 0.45 0.45 0.48 （資料來源：本研究整理） 然而，藉由上述之分析發現實測所得之空調折減效果優於法規之折減優惠，但由 於多數學校皆採行總體空調使用管理之機制，即室外溫度大於 28˚C 且九點過後才允 許使用空調之管理措施，因而有可能導致實際之空調抵減效果 VAC 有高估之情況，因 此本研究另考量如解除總體空調使用管理之限制時，反算理論上與實際上應開空調的 小時數後，作為修正此管理措施導致高估了實際之空調折減效果。意即透過重新檢視 戶外溫度小於 28˚C 且室內溫度卻大於熱適應模型之舒適溫度上限時，理論上與實際 上皆會啟用空調，計入空調使用時間之判斷以反算其對應之 CDH，而得修正後的空調 折減效果(VAC)，較能反應無空調管理時之狀態。分析結果建中、中山、光仁與板中 之 VAC 分別為 0.51、0.45、0.45 與 0.48，平均為 0.47 亦與現行規範 VAC 計算值=0.45
之下其 VAC 與原實測值差異不大。驗證現行規範內容應可大致不差的預測學校類應用 自然通風之空調折減效益。
第二節 自然通風教室
本節探討高雄岡山前峰國中一無空調純自然通風教室之實測結果分析。該教室之 實測於 104 年 9 月 1 日開學日起截至期末報告撰寫日 104 年 10 月 1 日止，恰為一個月 之實測時間。由於本教室無空調，因此其分析重點在於評估教室室內是否過熱，以及 其上課期間教室內過熱發生之頻率及其嚴重程度。在教室過熱之分析方法上，本研究 採用 ASHRAE Standard 55 之 80%熱舒適之熱適應模型(詳如第二章第六節)，進行評估 當教室於上課期間時室內過熱發生與否之判斷，藉以計算此九月間教室內發生過熱之 頻率。此外，為評估教室內過熱之嚴重程度(I)，本研究參採 ISO7730 有關於室內長期 熱不舒適之評估法，以度時之概念進行過熱嚴重程度之累算，其公式如下。 𝑤𝑓(𝑑ℎ)= 1 +|𝑡|𝑡𝑜−𝑡𝑜,𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡| 𝑜,𝑛−𝑡𝑜,𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡|𝑓𝑜𝑟|𝑡𝑜| > |𝑡𝑜,𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡| (4-1) 𝐼 = ∑ 𝑤𝑓(𝑖)∙ 𝑡𝑓𝑜𝑟𝑡𝑜 > 𝑡𝑜,𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡 (4-2) 其中：𝑤𝑓(𝑑ℎ)=熱不舒適嚴重度之權重；I =熱不舒適嚴重度(K.hrs)；to：室內操作 溫度(˚C)；to,limit：熱適應模型之熱舒適操作溫度上限(˚C) 圖 4-6 為整個九月期間室內外溫度之實測資料，雖然九月份高雄岡山地區之外氣 月平均溫度為 29.28˚C 以及日間上課期間(08:00-17:00)之九月外氣平均溫度為 30.24˚C， 然而此上課期間內之室內月平均溫度達 31.33˚C 較戶外溫度為高。而依熱適應模型判 斷後室內溫度 80%熱舒適溫度上限應為 30.38˚C，室溫超過此溫度者及判定為過熱狀 態。其室內人員在室期間內過熱發生之小時數為 125 小時，相當於過熱發生頻率為 88%， 而過熱嚴重程度為 162.52 K.hr。顯示純自然通風教室在南部高雄地區有過熱之可能。第四章教室類實測結果分析 圖 4-6 前峰國中九月份教室室溫與戶外溫度歷線圖 （資料來源：本研究整理） 表 4-2 前峰國中教室基本資料與九月份過熱程度評估 淨高 (m) 長度 (m) 寬度 (m) 面積 (m 2 ) 容積 (m3) 開口方 位 開口面積 (m2) 班級人 數(人) VP 3.8 8.5 8.75 74.237 282.625 西南面 14.361 40 1 東北面 10.442 實測總小時數 (hr) 過熱時數 (hr) 過熱發生頻率 過熱嚴重度 (K˙hr) 142.50 125.00 88% 162.52 （資料來源：本研究整理）
