玻璃帷幕牆建築室內舒適性改善之研究
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(2) NPJT:32131!. ࠟሬ၌ᒒޙ̰ވනዋّԼච̝ࡁտ!. 研究主持人：陳組長瑞鈴 協同主持人：黃瑞隆博士 研 究 員： 研 究 助理：林暐舜、黃盟仁. 內政部建築研究所委託研究報告 中華名國九十二年十二月.
(3) ARCHITECTURE & BUILDING RESEARCH INSTITUTE MINISTRY OF INTERIOR RESEARCH PROJECT REPORT. The Study of Improvement Strategies for Indoor Environments in Glass Curtain Wall Buildings. BY Chien Ruei Lin Hwang Ruei Lung Oct 11, 2003.
(4) 摘. 要. 關鍵詞：熱舒適度，玻璃帷幕牆，實測評估. 一、研究緣起 綠建築首先要滿足的是人體的舒適性，例如適宜的温度、濕度以滿足人 體熱舒適。過去某些為了節能而降低熱舒適標準的做法是不可取的。但綠建 築的舒適標準也絕不是建立在消耗大量能源基礎上，這種畸形的舒適是對能 源、資源的極大浪費，同時也對居住者的健康埋下極大的隱憂。 根據本所去年「辦公建築外周區節能系統設計與 PMV 舒適度指標分析 研究」[1]的結果指出，ENVLOAD 指標規範的建築外殼設計確實能兼顧節 能與室內熱環境舒適度，其中尤以建築玻璃帷幕的影響最大。而玻璃惟幕牆 對建築的影響主要為採光照明、空調耗能與室內環境熱舒適三方面。其中對 室內環境熱舒適的影響的研究則較少，且多是以電腦程式模擬分析居多。因 此本次研究針對玻璃帷幕牆對於室內環境熱舒適的影響作探討。. 二、研究方法及過程 計畫的執行首先整合現有的設備成可攜式的室內熱環境測量系統，並利 用該套系統進行性能實驗群辦公室及中庭的室內熱環境之實測研究。本研究 將著重在探討窗簾的使用與減少開窗面積及中庭通風等各種可能促進室內 熱舒度的改善方案，並藉以建立各種改善設計對室內熱環境舒適度影響的參 考資料，其中以操作溫度(operative temperature)為評估指標，評估真正的改善 效果。主要實驗對象為本所性能實驗群的中庭，該中庭屬於玻璃帷幕建築， 所用的玻璃為 8mm 的綠色強化玻璃。由於該中庭為面積較大之開放性空間， 並不適合直接作為實驗場所。所以本研究計畫，選擇該中庭西北角，規劃出 兩間朝向正西的實驗室，其中一間作為實驗組，一間作為對照組。 為配合研究計畫實驗進行，在三公尺高度的地方利用隔熱材質將實驗室. I.
(5) 分成上、下兩層。當進行一般窗簾對辦公室的熱環境影響時，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。 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，分別為橫式鋁百葉窗簾、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，實驗組給予每小時 6 次的強制通風與對照 組的自然通風比較，除此之外並對中庭的溫度分層現象，配合中庭的窗戶全 開、全關以及天氣的陰、晴分別進行實地測量。 實驗進行期間為一年中天氣最熱的六月中旬至九月下旬，每一模式至少 進行 5 天的實驗，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，則該日實驗結果不採用。為了數據的可信度，每一模式至少有兩天以上 的有效數據以供比對分析。. 三、重要發現 在玻璃內表面的溫度測量結果發現，窗玻璃受到強烈日照後，表面溫度 急速上升，最高溫度可達 46℃，甚至 52℃。午後日照區的操作溫度較非日 照區的操作溫度高出近 2℃。在開窗面積比對實驗中，開窗率 100%與開窗率 50%比對，操作溫度上升量由 1℃降低至 0.5℃。0%開窗率對 100%開窗率的 操作溫度比對實驗結果發現。0%開窗率的實驗室整天都維持在 25.5℃上 下，100%開窗率的操作溫度則從上午的 26℃平均提高了 2℃到 28℃。在空 調耗電的影響上，降低開窗率可節省 2KWH 耗電，約為午後總耗電量的 25%。 依照操作溫度比較結果，裝設百葉窗簾大致可以降低 1℃，亞麻布百葉 窗簾大致可以降低 2℃，紗質窗簾大致可以降低 2~3℃，遮光布簾大致可以 降低 4~6℃。於耗電量的比較結果發現，百葉窗簾無明顯貢獻，亞麻布窗簾. II.
(6) 可減少 7.5%，紗質窗簾可減少 7%，遮光布簾可減少 12%。 大廳中溫度分層的現象，從一公尺處到最高點七公尺處，兩者溫差都保 持在 2℃左右。在強制通風與自然通風的比對實驗中發現，對人員活動區(一 米高處)的溫度 6 回/時的強制通風較自然通風約可降低 0.5℃。但對接近頂部 (七米高處)的溫度強制通風約較自然通風低 1℃左右。. 四、主要建議事項 考量台灣本土氣候因素，辦公室建築之開窗面積應以不超過 50%為設計 標準，以維持室內支熱舒適及避免不必要之能源耗損。如欲以內遮陽之方式 改善室內之熱舒適度，則以遮光布簾之熱舒適改善效果及節能效果為最佳， 但如果加以考慮採光及美觀性則建議以紗質窗簾為宜。百葉窗簾在使用上調 適性最好，但是鋁百葉窗簾因為材質問題對於節能上貢獻較少。因此在內遮 陽之使用上，考慮其他外在因素，建議以使用紗直窗簾與亞麻布垂直百葉窗 簾較為合適。在中庭通風方面，因中庭東、西兩側的排煙窗有足夠之面積， 且性能實驗群週遭亦為空曠地區，利用現有的開窗面積進行通風，應不需在 加裝強制通風設備。因此對於中庭熱舒適問題之改善重點，在於如何阻擋太 陽光照射入中庭。根據各式窗簾的實驗結果顯示，以及考量中庭的高度、美 觀以及採光問題，百葉窗簾及遮光布簾這類的窗簾可能較不適合。紗質布簾 對降低室內輻射溫度的效果經實驗證實效果不差，且較不影響大廳採光，在 大廳兩側玻璃帷幕裝設紗質布簾或掛簾，應是可行的方法。. III.
(7) ABSTRACT Key words: thermal comfort index, window screen, and full-scale test. The window screens have significant effects on thermal environments of perimeter as well as atrium inside a building. This project will use the existing facility of ABRI to measure the PMV and PPD indexes following ISO 7730 in office and atrium areas. In order to measure the thermal environment of perimeter area and atrium integrating the existing measured equipments of ABRI is undertaken first in this project. Because changing the widow screens is not available in the experimental field, therefore, both the shading functions on inside and outside are expected to investigate. Total of five to eight different strategies are used to compare the difference between the modifications. The design strategies will include outside shading, inside shading and partly window screens shading. Most building energy saving suggestions and regulations offered energy saving data but not the thermal comfort indexes. It is believed that the useful data both for energy saving and thermal comfort indexes for window screen buildings will be provided through this research.. IV.
(8) 目. 錄. 第一章 緒論 第一節 研究背景與研究目的........................... 1 第二節 研究方法與步驟............................... 4 第三節 研究目的..................................... 7 第二章 室內環境熱舒適指標與測量儀器標準 第一節 舒適度指標................................... 8 第二節 熱舒適度測量儀器標準........................ 12 第三節 本所測量設備................................ 13 第三章 熱舒適度模擬 第一節 建築物耗能與模擬軟體........................ 15 第二節 開窗面積對熱舒適度的影響.................... 18 第三節 窗簾使用對熱舒適度的影響.................... 22 第四章 現場實驗 第一節 實驗現場的規劃.............................. 25 第二節 現場測量初步結果............................ 29 第五章 窗面積實驗 第一節 玻璃室內側表面的溫度測量................... 34 第二節 直接日照對熱環境舒適度的影響................ 35 第三節 開窗面積對室內熱環境的影響.................. 37 第四節 開窗面積對空調耗電的影響.................... 41 第六章 窗簾對室內熱環境影響實驗 第一節 實驗的進行.................................. 43 第二節 水平鋁百葉窗簾實驗.......................... 45. V.
(9) 第三節 亞麻布垂直窗簾實驗.......................... 48 第四節 紗質布簾實驗................................ 52 第五節 遮光布簾實驗................................ 56 第七章 中庭通風實驗 第一節 中庭熱環境現場測量.......................... 60 第二節 中庭溫度分層現象測量........................ 62 第三節 中庭通風量對中庭熱環境的影響................ 65 第八章. 結論與改善建議. 第一節. 結論....................................... 68. 第二節. 中庭改善建議 .............................. 74. 參考文獻 附錄 期初審查意見回應表................................. 78 期中審查意見回應表................................. 79 期末審查意見回應表................................. 83. VI.
(10) 表. 目. 錄. 表 1-1 預定研究進度 ...........................................................6 表 2-1. ISO 7726 關於測量室內熱環境的各種環境參 數所需的儀器設備標準 ............................................12. 表 3-1. ENERGYPLUS 與 DOE-2.1 及 BLAST 的比較 ......16. VII.
(11) 圖. 目. 錄. 圖 1-1. ASHRAE 夏季條件下，四種玻璃的內表面溫度比較........... 02. 圖 1-2. ASHRAE 夏季條件下，四種玻璃的對室內熱舒適度的影 響比較 ................................................................................ 02. 圖 1-3. 四種百葉簾控制方式下室內熱環境 PPD 指標的比較 .......... 03. 圖 1-4. 研究流程與步驟.................................................................. 05. 圖 2-1. PMV、PPD 與熱敢尺度間之關係示意圖 ............................ 08. 圖 2-2. 各種活動量及一酌量下 ISO 7730 推薦的最佳操作溫度...... 11. 圖 2-3. 允許的室內平均風速........................................................... 11. 圖 2-4. 本所儀器設備的架構圖 ....................................................... 13. 圖 2-5. 本所儀器設備組合後現場的測試照片.................................. 14. 圖 3-1. ENERGYPLUS 程式的架構圖 ............................................ 15. 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 ................................................................................ 19. 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.................................................................................... 19. 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 ................................................................................ 20. 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.................................................................................... 20. 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............................................................................. 21. 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............................................................................. 21. 圖 3-8. 各種開窗面積下標準辦公室於四到十月的過熱發生率 與單位樓板面積的顯熱負荷 ................................................ 22. 圖 3-9. 不同窗簾材質對全面開窗的西向外周區室內熱環境的 VIII.
(12) 影響.................................................................................... 23 圖 3-10 不同窗簾材質對全面開窗的西向外周區過熱時數的影 響 ....................................................................................... 23 圖 3-11 不同窗簾的使用時機對全面開窗的西向外周區室內熱 環境的影響 ....................................................................... 24 圖 3-12 不同窗簾使用時機對全面開窗的西向外周區過熱時數 的影響 ................................................................................ 24 圖 4-1. 內政部建築研究所性能實驗群中庭正面 .............................. 25. 圖 4-2. 內政部建築研究所性能實驗群中庭側面 .............................. 25. 圖 4-3. 完工後的臨時實驗室外觀 ................................................... 26. 圖 4-4. 實驗場所規劃圖.................................................................. 27. 圖 4-5. 完工後的臨時實驗室內部 ................................................... 28. 圖 4-6. 完工後的臨時實驗室內部上方的排氣口 .............................. 28. 圖 4-7. 實驗進行流程 ..................................................................... 30. 圖 4-8. 本所室內氣候分析儀於現場應用情況.................................. 31. 圖 4-9. 本所室內氣候分析儀應用於測量中庭熱舒適度情況 ............ 31. 圖 4-10 利用標準黑球測量直接接受到日照與未接受到日照的 黑球溫度............................................................................. 32 圖 4-11 利用瓦時計紀錄移動式窗型機的耗電.................................. 32 圖 4-12 利用多點式溫度計錄器紀錄中庭溫度分層現象 .................... 33 圖 4-13 配合中庭強制通風裝設抽風機與風管施工情形 .................... 33 圖 5-1 晴朗天氣下玻璃室內測表面溫度變化................................... 34 圖 5-2 室內日照區與非日照區的平均輻射溫度比較 ........................ 36 圖 5-3 室內日照區與非日照區的平均輻射溫度比較 ........................ 36 圖 5-4 利用保力龍遮蔽部分開窗情形 ............................................. 37 圖 5-5 未遮蔽部分開窗前的情況..................................................... 37 圖 5-6. 50%對 100%開窗率的室內平均輻射溫度比較 ..................... 39. 圖 5-7. 50%對 100%開窗率的室內操作溫度比較 ............................ 39 IX.
(13) 圖 5-8. 0%對 100%開窗率的室內平均輻射溫度比較 ....................... 40. 圖 5-9. 0%對 100%開窗率的室內操作溫度比較 .............................. 40. 圖 5-10 50%對 100%開窗率的逐時耗電比較 .................................. 41 圖 5-11 50%對 100%開窗率的逐時耗電比較 .................................. 42 圖 5-12 開窗率比對實驗空調累積耗電量比較.................................. 42 圖 6-1. 實驗所用之水平鋁百葉窗簾 ................................................ 43. 圖 6-2. 實驗所用之垂直亞麻布百葉窗簾......................................... 44. 圖 6-3. 實驗所用之紗質窗簾........................................................... 44. 圖 6-4. 實驗所用之遮光布簾........................................................... 45. 圖 6-5. 水平鋁百葉窗簾的室內平均輻射溫度比較 .......................... 46. 圖 6-6. 水平鋁百葉窗簾的室內操作溫度溫度比較 .......................... 46. 圖 6-7. 水平鋁百葉窗簾的逐時空調耗電比較.................................. 47. 圖 6-8. 水平鋁百葉窗簾的空調累積耗電比較.................................. 47. 圖 6-9. 亞麻布垂直百葉窗簾的室內平均輻射溫度比較 ................... 49. 圖 6-10 亞麻布垂直百葉窗簾的室內操作溫度比較 .......................... 49 圖 6-11 亞麻布垂直百葉窗簾的空調逐時耗電比較 .......................... 50 圖 6-12 亞麻布垂直百葉窗簾的空調累積耗電比較 .......................... 50 圖 6-13 無空調時，亞麻布垂直百葉窗簾的室內平均輻射溫度比 較 ....................................................................................... 51 圖 6-14 無空調時，亞麻布垂直百葉窗簾的室內操作溫度比較 ........ 51 圖 6-15 紗質窗簾的室內平均輻射溫度比較 ..................................... 53 圖 6-16 紗質窗簾的室內操作溫度比較 ............................................ 53 圖 6-17 紗質窗簾的空調逐時耗電比較 ............................................ 54 圖 6-18 紗質窗簾的空調累積耗電比較 ............................................ 54 圖 6-19 無空調時，紗質窗簾的室內平均輻射溫度比較 ................... 55 圖 6-20 無空調時，紗質窗簾的室內操作溫度比較 .......................... 55 圖 6-21 遮光布簾的室內平均輻射溫度比較 ..................................... 57 圖 6-22 遮光布簾的室內操作溫度比較 ............................................ 57 X.
(14) 圖 6-23 遮光布簾的空調逐時耗電比較 ............................................ 58 圖 6-24 遮光布簾的空調累積耗電比較 ............................................ 58 圖 6-25 無空調時，遮光布簾的室內平均輻射溫度比較 ................... 59 圖 6-26 無空調時，遮光布簾的室內操作溫度比較 .......................... 59 圖 7-1. 利用本所室內氣候分析儀進行中庭東側熱環境的測量 ........ 60. 圖 7-2. 利用本所室內氣候分析儀進行中庭中間熱環境的測量 ........ 61. 圖 7-3. 中庭現場熱環境測量結果 ................................................... 61. 圖 7-4. 晴朗天氣、排煙窗全開時、位於大廳中間位置的溫度分 層現象 ................................................................................ 63. 圖 7-5. 多雲天氣、排煙窗全開時，位於大廳中間位置的溫度分 層現象 ................................................................................ 63. 圖 7-6. 晴朗天氣、排煙窗全關時，位於大廳中間位置的溫度分 層現象 ................................................................................ 64. 圖 7-7. 多雲天氣、排煙窗全關時，位於大廳中間位置的溫度分 層現象 ................................................................................ 64. 圖 7-8. 晴朗天氣，位於大廳西北角位置的溫度分層現象................ 65. 圖 7-9. 陰雨天氣下中庭通風量的比對實驗結果 .............................. 66. 圖 7-10 晴朗天氣下中庭通風量的比對實驗結果(一) ........................ 67 圖 7-11 晴朗天氣下中庭通風量的比對實驗結果(二) ........................ 67. XI.
(15) ௐ˘ౢ!!ჰኢ! ௐ˘༼!!ࡁտࡦഀᄃࡁտϫ۞! 綠建築首先要滿足的是人體的舒適性，例如適宜的温度、濕度以滿足 人體熱舒適。過去某些為了節能而降低熱舒適標準的做法是不可取的。但 綠建築的舒適標準也絕不是建立在消耗大量能源基礎上的盲目享受和浪 費。這種畸形的舒適是對能源、資源的極大浪費，同時也對居住者的健康 埋下極大的隱憂。 本所歷年對於建築外殼節能設計以及室內熱環境舒適度等方面的指標 研究已獲得相當多的成果，而且這些研究的成果有的已成為法規或獎勵辦 法中評估系統中的重要部份。另外根據本所去年「辦公建築外周區節能系 統設計與 PMV 舒適度指標分析研究」[1]的結果指出，ENVLOAD 指標規 範的建築外殼設計確實能兼顧節能與室內熱環境舒適度，其中尤以建築玻 璃帷幕的影響最大。 玻璃惟幕牆對建築的影響主要為採光照明、空調耗能與室內環境熱舒 適三方面。其中採光照明與空調耗能方面的研究，不論是國內或國外都有 相當多的研究報告說明其影響程度，且不屬本研究計畫的範圍，因此不予 贅述。但在對室內環境熱舒適的影響的研究則較少，且多是以電腦程式模 擬分析居多，如 Tham 和 Ullah[2]曾利用 DOE-2 程式模擬分析在新加坡 的商業辦公大樓的開窗對室內環境熱舒適度的影響。Lyons 和 Arasteh[3] 則分析窗戶的性能對臨窗附近的工作者熱舒適度的影響。 對於以冷房負荷為主的室內環境而言，窗戶對室內熱環境的影響主要 為：(1)高溫的玻璃內表面與室內人員間的長波輻射熱交換，(2)人體吸收的 的太陽輻射熱。圖一是在 ASHRAE 規定的夏季條件下，四種玻璃的內表面 溫度。圖二則是玻璃內表面的高溫及太陽輻射造成建築外周區人員的不舒. 1.
(16) 適。. (Source: Lawrence Berkeley National Laboratory (Lyons and Arasteh) 圖 1-1 ASHRAE 夏季條件下，四種玻璃的內表面溫度比較. (Source: Lawrence Berkeley National Laboratory (Lyons and Arasteh)) 圖 1-2 ASHRAE 夏季條件下，四種玻璃的對室內熱舒適度的影響比較. 2.
(17) 除了圖一、圖二所示的玻璃種類對玻璃惟幕牆建築外周區的人員舒適 度有影響外。其實從圖二中也可以看出造成人員不舒適的主要原因是來自 人體吸收的太陽輻射，但減少照射入室內的太陽輻射，除了使用不同的玻 璃外，也可以藉由增加內遮陽的方式來降低人員的不舒適度。 Newsham[4]曾分析百葉簾的使用對臨窗區域室內熱環境舒適度的的 影響。圖三是 Newsham 研究中四種百葉簾控制方式對室內熱環境不滿意 度的影響比較。從圖中可看出百葉簾常關較常開，即使是在高緯度的加拿 大多倫多地區，夏季平均 PPD 也可以降低 10%以上。. 圖 1-3. 四種百葉簾控制方式下室內熱環境 PPD 指標的比較. 關於室內環境熱舒適度的測定在 ISO 7730[5]和 ISO 7726[6]中有詳 細規定。根據 ISO 7730 現場測量的熱舒適環境參數主要是室內的溫度、 溼度、輻射溫度及風速。對於另外兩個人體影響參數：穿衣量與活動量， 則由場所的性質確定相應的數值。目前所內已有 PMV 舒適度測量系統的主 要儀器設備，這對於綠建築所追求的舒適的建築環境的現場實測已具基本 架構，只要加以改善就可成為可攜式測量系統。. 3.
(18) 本研究計畫的主要目的是利用本所的熱舒適度測量設備，以及性能實 驗群的辦公室及中庭為對象，根據 ISO 7730 的 PMV 與 PPD 舒適度指標， 對玻璃惟幕牆建築外周區熱環境進行評估，以及提供可能的改善措施。. ௐ˟༼!!ࡁտ͞ڱᄃՎូ! 本計畫研究方法旨在透過現場實測來研究印證各種可能改善建築違幕 牆對室內熱環境的影響。研究方法說明如下，各項工作之進行步驟詳見圖 1-4 所示。 一、文獻蒐集與資料彙整—針對國內外各種建築熱環境現場測量與改善評 估的相關文獻資料，加以蒐集與彙整分析，裨作為執行本研究計畫的 重要參考依據。 二、專家諮詢與座談—邀集國內專家學者舉行座談，提供各種改善玻璃帷 幕對室內熱環境的影響的可行方案，以及現場實測實應注意的相關規 定，裨對計畫提供建議與進行審查。 三、可攜式室內熱環境測量系統的整合與測量方法的確定—參考 ISO 及 ASHRAE 的相關規定，將本所現有的設備整合成可攜式測量系統，並 做相關的校正，以及現場測量方法的確認。 四、現場測量實驗—利用可攜式測量系統進行現有狀況以及可能的改善方 案的室內熱環境條件測量，並做比較分析。 五、玻璃帷幕牆對室內熱環境舒適度的影響探討—經由各種不同改善 方案的現場比對實驗，藉以建立各種改善設計對室內熱環境舒適度影響的 參考資料。. 4.
(19) 計畫前準備 (研究目的與 執行方法確立). 相關文件資料 蒐集與專家諮詢 審查意見彙整. 測量系統整合 校正調整與 測量方法確立. 探討與確定 各種可行的 改善方案. 各種可行 改善方案 實測實驗 (改善後). 現有狀況 實測實驗 (改善前). 現場實測資料 彙整分析. 撰寫期末與 簡要報告. 計畫結束 (成果發表 繳交報告). 圖 1-4 研究流程與步驟. 5.
(20) 表 1-1. 預定研究進度. 月次 第 一 月 工作項目. 第 二 月. 第 三 月. 第 四 月. 第 五 月. 第 六 月. 第 七 月. 第 八 月. 第 九 月. 第 十 月. 16. 28. 40. 52. 64. 76. 88. 96. 10 0. 第 十 一 月. 第 十 二 月. 備 註. 資料蒐集. 專家諮詢 測量設備 整合與校 正調整 現場測量 實驗 數據整理 分析. 報告撰寫. 成果說明. 預定進度 (累積數). 8. 說明：工作項目請視計畫性質及需要自行訂定，預定研究進度以粗線表示其起訖日期。 預定研究進度百分比一欄，係為配合追蹤考核作業所設計。請以每一小格粗組線為 1 分，統計求 得本計畫之總分，再將各月份工作項目之累積得分(與之前各月加總)除以總分，即為各月份之預 定進度。 科技計畫請註明查核點，作為每一季所預定完成工作項目之查核依據。. 6.
(21) ௐˬ༼!!ࡁտϫ۞! 本研究計畫的目的可分為近期效益與遠期效益，在近期效益方面有： 1. 整合本所室內環境品質相關儀器設備成可攜式室內熱環境測量系統 2. 以本所辦公室或性能實驗群為對象，進行該系統於綠建築強調的舒適 環境現場測量的初步應用。 3. 以性能實驗群為對象，實際測量玻璃帷幕對建築外周區熱舒適的影 響，並探討可行的改善方案。 4. 補足許多的建築節能技術手冊中缺漏的各種建築開窗設計技術對舒 適度的影響相關資料。 遠期效益方面，主要因本研究案整合的測量系統具有可攜性的便 利，以及國際上對熱舒適指標的研究正由原本的環境控制艙實驗轉換至 現場實測時，可拓展相關的研究，例如國人對空調舒適度的現場調查研 究，真實的了解居住者需求，是否有別於國外的建議標準及實驗室內的 測試結果。. 7.
(22) ௐ˟ౢ!!̰ވᒖဩሤනዋᇾᄃീณᆇጡᇾ! ௐ˘༼!!ሤනዋޘᇾ! 關於人體暴露於中性(moderated)及極端(extreme)熱環境下的舒適標準， 國際標準組織(International Organization for Standards, ISO)有一系列的測量及評 估標準。其中 ISO 7730：Moderate thermal environments- Determination of PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort 和 ISO 7726： Instruments and methods for measuring for measuring physical quantities 是用於規範 一般室內熱環境的條件與測量標準，也與本研究計畫最為相關。 根據 ISO 7730 的定義，熱環境上的舒適為「當人的下意識對所處之熱 環境表示滿意時的狀況」 。人體對熱環境感到滿意的基本條件是人體與環境 保持熱平衡。而人體與環境的熱平衡則受人體的活動量(activity)與衣著量， 以及環境的參數：溫度、平均輻射溫度(mean radiation temperature, MRT)、風 速和溼度的影響。若是能測得室內環境中的各項參數，則可根據 ISO 7730 計算出用來表示室內熱環境舒適度的 PMV 與 PPD 指標。. 圖 2-1. PMV、PPD 與熱感尺度間之關係示意圖. 8.
(23) PMV 指標之全名為預測平均投票數(Predicted Mean Vote)。PMV 指標是根 據 ASHRAE 熱感覺尺度預測一群人的平均反應，如圖 2-1 所示。該尺度將描 述熱感覺度的文字轉成相應的數字，內容如下所示： +3 熱(hot) +2 溫暖(warm) +1 微暖(slightly warm) 0 適切(neutral) -1 微涼(slightly cool) -2 涼爽(cool) -3 冷(cold) PMV 指標是建立在人體保持熱平衡的條件下。當人體保持熱平衡則體 內的新陳代謝熱會與人體的散熱量保持平衡。在一般的熱環境中，人體主 要是靠皮膚及呼吸來調整體內溫度，來保持熱平衡。根據 Fanger 對 1,300 個受測者的實驗結果，PMV 的計算公式為 PMV = (0.303e −0.036 M + 0.028){M − W ) − 3.05 × 10 −3 [5733 − 6.99( M − W ) − p a ] − 0.42[( M − W ) − 58.15] 1.7 × 10 − 5 M (5867 − p a ) − 0.0014M (34 − t a ) − 3.96 × 10 − 8 f cl [t cl + 273) 4 − (t r + 273) 4 ] + f cl h c (t cl ± t a )}. 其中 t cl = 35.7 − 0.028( M − W ) − I cl {(3.96 × 10 −8 f cl [(t cl + 273) 4 − (t r + 273) 4 ] + f cl hc (t cl − t a )} hc = 2.38(t cl − t a ) 0.25 or hc = 12.1v 0.5 f cl = 1.00 + 1.29 I cl for I cl < 0 ≤ .078m 2 kW −1 or f cl = 1.05 + 0.645 I cl for I cl > 0.078m 2 kW −1. ISO 7730 亦建議公式(2-1)的適用範圍為 -2<PMV<2. 9.
(24) M=46 W/m2 to 232 W/m2 (0.8 met to 4 met) Icl=0 m2∘C/W to 0.310 m2∘C/W (0 clo to 2 clo) ta=10 ∘C to 30 ∘C tr=10 C to 40C var=0 m/s to 1 m/s pa=0 pa to 2,700 pa R.H.=30% to 70% PMV 指標是預測一群人的平均反應，但是每個人的感覺雖然在這平 均值附近，但卻是不相同，所以有需要去了解有多少人對環境感到不滿 意。PPD 指標(Predicted Percentage of Dissatisfied Index)就是一種用來量化七 種溫感指標下，對熱環境感到不滿意人數的指標。PMV 與 PPD 間的關係 是為 PPD = 100.0 − 95e − n n = 0.035353PMV 4 + 0.2179 PMV 2. ISO 7730 所推薦的舒適範圍為-0.5<PMV<0.5，也就是讓 90%以上的室 內居住者對其所處的熱環境感到滿意。對於各種活動量及衣著量下 ISO 7730 推薦的最佳操作溫度(Operative Temperature)如圖 2-2 所示，其中操作 溫度的計算公式為 對於一般辦公室人員而言，操作溫度 to=0.5ta+0.5tr，最佳範圍為 20C 到 24C 間，風速不應超過圖 2-3 的規定。. 10.
(25) 圖 2-2. 各種活動量及衣著量下 ISO 7730 推薦的最佳操作溫度. 圖 2-3 允許的室內平均風速. 11.
(26) ௐ˟༼!!ሤනዋޘീณᆇጡᇾ 有關於測量室內熱環境的各種環境參數：溫度、溼度、風速及平均 輻射溫度所需的儀器設備標準，在 ISO 7726 都有明確的規定。其要求節 錄於表 2-1 中。 表 2-1 ISO7726 測量室內環境熱舒適參數所需儀器設備標準 Parameter. Measuring Range. Accuracy. Response time(90%)a. ±0.2°C (±0.4°F) 5-40°C. Response time must be appropriation This accuracy shall be. Air temperature (39-104°F). for application.. b. valid for tr-ta≦10°C(±18 °F) 0-50°C. ±0.5°C. Response time must be appropriation. (32-122°F). (±1°F). for application.. Desired accuracy:±0.2°. Response time will depend on. C(±0.4°F).This. methods of measurement (black. accuracy is difficult to. globe or direct IR) but measurement. reach with. should be completed in less then 10. today’s instruments. minutes.. Surface temperature. 5-40°C Mean radiant temperature (39-104°F). m. m. 0.05-0.5 /s. ±0.05 /s. Response time on the order to ten. (10-100fpm). (±10fpm). second in air.. Air speed c. Response time will depend on method of measurement (measured 1-26°C. ±0.5°C. (34-79°F). (±1°F). directly or inferred from RH or. Dew-point temperature. wet-bulb measurement) and should be completed in less then 10 minutes. a. Radiant temperature. 0-20°C. ±1°C. Response time on the order of one. asymmetry. (0-36°F). (±2°F). minute or less. Time to reach 90% of final value with a step change (equivalent to 2.3 times the ‘time’ constant).. b. For non-steady-state measurement the response time must be show to minimize random fluctuations but fast enough to accurately measure peak-to-peak variations.. c. Response time on the order of 0.2 seconds is desirable for assessment of drafts or turbulent air, an averaged value over a three-minute period is also desirable.. 12.
(27) ௐˬ༼!ώٙീณన౯! 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. 13.
(28) 圖 2-5 本所儀器設備組合後現場的測試照片. 14.
(29) ௐˬౢ!!නዋޘሀᑢ! ௐ˘༼!!ޙۏਈਕᄃሤᒖဩሀᑢహវ! 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. 15.
(30) 表 3-1. ENERGYPLUS 與 DOE-2.1 及 BLAST 的比較. 16.
(31) 表 3-1. ENERGYPLUS 與 DOE-2.1 及 BLAST 的比較(續). ! !. 17.
(32) ௐ˟༼! ฟࢬ᎕၆̰ވනዋ۞ޘᇆᜩ! 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。. 18.
(33) 0.80 W-50% 0.70. W-75% W-100%. 0.60. PMV Index. 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 Apr. May. Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. 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 300 W-50% W-75% 250. W-100%. Overheating Hours. 200. 150. 100. 50. 0 Apr. May. Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. 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. 19.
(34) 0.60 N-100% N-75%. 0.50. N-50%. PMV Index. 0.40. 0.30. 0.20. 0.10. 0.00 Apr. May. Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. 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. 250 N-50% N-75% N-100%. Overheating Hours. 200. 150. 100. 50. 0 Apr. May. Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. 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. 20.
(35) 2.00 1.50 1.00. PMV. 0.50 0.00 50%. 75%. 100%. -0.50 -1.00 -1.50. 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. 60.0 Max 50.0. PPD. 40.0. 30.0. 20.0 Ave+S.D. Ave. 10.0. 0.0 50%. 75%. 100%. 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. 21.
(36) 0.45 0.40. 72 overheat. 70. 0.35. 68. 0.30. 66. 0.25. 64. 0.20. 62. 0.15. 60. 0.10. 58. 0.05. 56. 0.00. Qs/Af,WH/m2. Occurance of Overheating. Qs. 54 50%. 75%. 100%. 圖 3-8 各種開窗面積下標準辦公室於四到十月的過熱發生率與單位樓板面 積的顯熱負荷. ௐˬ༼ ̰ዌว၆̰ވනዋ۞ޘᇆᜩ 在本節中將討論不同的內遮陽材質(高透光窗簾、中透光窗簾與低透光 窗簾)以及不同的窗簾操作方式：當照射在窗戶上的輻射強度高於 200W、 150W、100W 及永遠關上對室內熱環境的影響。 圖 3-9 是不同窗簾材質對全面開窗的西向外周區室內熱環境的影響，從 圖中可看出窗簾的使用，很明顯地降低月平均 PMV 指標。在最熱七、八月， 使用透光率低的窗簾，可以讓 PMV 從不使用窗簾的 0.7 降至 0.4。但在降低 過熱時數方面，並沒有太大改善。這點可從圖 3-10 可看出來。這顯示窗簾 的使用可以改善室內熱環境，但卻能不足以從很熱的環境變至舒適的環境。 圖 3-11 是不同的窗簾使用時機對全面開窗的西向外周區室內熱環境的 影響。從圖中可看出只要有使用窗簾，不同使用時機對月平均 PMV 並不明 顯的影響，但對過熱時數的降低卻非常明顯。這點與不同的窗簾材質造成 的現象完全相反。. 22.
(37) 0.8 Medium. 0.7. Low High. 0.6. No. pmv. 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Apr. May. Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. 圖 3-9 是不同窗簾材質對全面開窗的西向外周區室內熱環境的影響. 300. 250. 200. ovh. High Medium. 150. Low No. 100. 50. 0 Apr. 圖 3-10. May. Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. 不同窗簾材質對全面開窗的西向外周區過熱時數的影響. 23.
(38) 0.60. 0.50. 0.40 pmv. 100W 150W. 0.30. 200W AlwaysOn. 0.20. 0.10. 0.00 Apr. May. Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. 圖 3-11 不同的窗簾使用時機對對全面開窗的西向外周區室內熱環境的 影響. 250. 200. 200W. 150 ovh. 150W 100W 100. AlwaysOn. 50. 0 Apr. May. Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. 圖 3-12 是不同的窗簾使用時機對對全面開窗的西向外周區過熱時數的影 響. 24.
(39) ௐαౢ!!னಞ၁រ! ௐ˘༼!!၁រனಞ۞ఢထ! 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. 25.
(40) 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. 26.
(41) 圖 4-4 實驗場所規劃圖. 27.
(42) 圖 4-5. 圖 4-6. 完工後的臨時實驗室內部. 完工後的臨時實驗室內部上方的排氣口. 28.
(43) ௐ˟༼!!၁រซҖՎូᄃ߹! 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。. 29.
(44) 專家諮詢與現場會勘確定實驗室功 能. 實驗室搭設. 開窗率之影響實驗. s v ). ( s v. (. (. s v. s v. ). ). ). 圖 4-7. 實驗進行流程. 30. % 0 5 s v. (. 實驗結果分析. 開窗率. 開窗率. 未使用. 未使用. 未使用. 未使用. 數據收集(乾球溫度.溼度.輻射溫度.風速.玻璃表 面溫度). 開窗率. 無開窗. 紗質透光布簾 使用. 遮光布簾 使用. 垂直亞麻布百頁窗簾 使用. 水平鋁百頁窗簾 使 用. 自然通風與強制通風. 大廳之溫度分層. % 0 0 1 s v. 內遮陽之影響實驗. % 0 0 1. 通風之影響實驗.
(45) 圖 4-8. 圖 4-9. 本所室內氣候分析儀於現場應用情況. 本所室內氣候分析儀應於測量中庭熱舒適度情況. 31.
(46) 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. 32.
(47) 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. 33.
(48) ௐ̣ౢ!!ฟࢬ᎕၁រ! ௐ˘༼!!ࠟሬ̰ވܑࢬ۞ޘീณ! 在進行開窗面積對室內熱環境及對空調耗電的影響之前，本研究先進 行玻璃內表面的溫度測量。因為有相當多的文獻指出：對於臨窗的工作人 員而言，玻璃表面溫度對於其熱舒適度有很大的影響。圖 5-1 是分別在七月 九日與七月二十四日所測量得到玻璃室內側表面溫度，在測量的同時室內 是有開冷氣的，室溫設定在 24℃。由於實驗室是朝向正西，故在上午窗玻 璃並未曬到太陽，因此玻璃室內側表面的溫度都相當接近外氣溫度。到了 下午，窗玻璃受到日照越來越強烈，到了午後三點表面溫度急速上升，最 高溫度可達 46℃，甚至 52℃。如此的高溫，可以預測必然另坐於窗戶旁的 工作人員造成相當不舒服的結果。. 54 52 7月9日. 50. 7月24日. 玻璃內表面溫度(C). 48. 室內開冷氣,室溫設定24C. 46 44 42 40 38 36 34 32 30 09:30. 10:10. 10:50. 11:30. 12:10. 12:50. 13:30. 14:10. 14:50. 15:30. 時間. 圖 5-1. 晴朗天氣下玻璃室內側表面溫度變化. 34. 16:10. 16:50.
(49) ௐ˟༼!!ۡତ͟၆ሤᒖဩනዋ۞ޘᇆᜩ! 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℃。. 35.
(50) 33 實驗日期:07/25/2003. 直接日照. 32. 無直接日照. 31. 溫度 (C). 30 29 28 27 26 25 10:00. 11:00. 12:00. 13:00. 14:00. 15:00. 16:00. 17:00. 18:00. 時間. 圖 5-2. 室內日照區與非日照區的平均輻射溫度比較. 31 室內溫度 直接日照 無直接日照. 30. 實驗日期:07/25/2003. 29. 溫度 (C). 28 27 26 25 24 23 22 10:00. 11:00. 12:00. 13:00. 14:00. 15:00. 16:00. 17:00. 時間. 圖 5-3. 室內日照區與非日照區的平均輻射溫度比較. 36. 18:00.
(51) ௐˬ༼!!ฟࢬ᎕၆̰ވሤᒖဩ۞ᇆᜩ! 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. 37.
(52) 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 度平均上升了 2℃，達 29℃。而在 50%開窗率下，室內平均溫度僅上升了 1 ℃，達 28℃。從實驗結果可看出開窗面縮減一半，室內輻射溫度的上升量 也減少了一半。在操作溫度的比較上，由於辦公室的空氣溫度受冷氣機運 轉控制，溫度都維持在 23~25℃間，且對辦公室而言操作溫度等於平均輻射 溫度與空氣溫度的平均值，所以當開窗率由 100%降低至 50%，操作溫度上 升量也由 1℃降低至 0.5℃，減少了一半的上升量。 圖 5-8、5-9 是 0%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。若同樣以上午實驗組與對照組都未受到日照作為比較基準可 以發現上午在 0%開窗率的實驗組其平均輻射溫度較 100%開窗率的對照組 約高出 0.5℃，這原因是造成室內平均溫度上升的除了直接日照外，還有漫 射輻射與其他表面溫度的影響，在 0%的實驗室由於開窗面積全被保利龍從 室外側封閉，所以任何漫射輻射輻射都無法進入室內，以及保利龍的隔熱 效果較玻璃好，所以會有稍低平均輻射溫度。到了下午兩間實驗室內的平 均輻射溫度就有非常明顯的差別，在 100%開窗率的對照組實驗室平均溫度 隨著日照增強，快速上升至 30~31℃之間，但在 0%開窗的實驗組則絲毫不 受影響，其室內平均輻射溫度與上午的平均輻射溫度並無差別。在操作溫 度的比上，0%開窗率的實驗室整天都維持在 25.5℃上下，但 100%開窗的實 驗室的操作溫度則從上午的 26℃平均提高了 2℃到 28℃。. 38.
(53) 30 實驗日期:7/25. 輻射溫度(50%) 輻射溫度(100%) 29. 溫度(C). 28. 27. 26. 25 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 17:30. 時間. 圖 5-6. 50%對 100%開窗率的室內平均輻射溫度比較. 30.0 操作溫度(100%). 實驗日期:7/25. 操作溫度(50%). 29.0. 溫度(C). 28.0. 27.0. 26.0. 25.0. 24.0 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 時間. 圖 5-7. 50%對 100%開窗率的室內操作溫度比較. 39. 17:30.
(54) 32 輻射溫度(50%) 輻射溫度(100%). 31. 實驗日期:7/28. 30. 溫度(C). 29 28 27 26 25 24 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 17:30. 時間. 圖 5-8. 0%對 100%開窗率的室內平均輻射溫度比較. 32.0 實驗日期:7/28. 操作溫度(50%) 31.0. 操作溫度(100%). 30.0. 溫度(C). 29.0 28.0 27.0 26.0 25.0 24.0 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 時間. 圖 5-9. 0%對 100%開窗率的室內操作溫度比較. 40. 17:30.
(55) ௐα༼!!ฟࢬ᎕၆۩አਈ۞ᇆᜩ! 本研究的重點雖然放在改善策略對室內熱環境的影響，但亦同時紀錄 了熱環境改善策略對空調耗電的影響。圖 5-10、5-11 是兩種開窗率比對實驗 的逐時耗電量變化曲線。從這兩張圖可以看到不管是 50% Vs 100% 或者是 0% Vs 100%在中午一點以前兩間實驗室的耗電曲線是相當一致，從圖 4-32 的累積耗電也可以看到兩間實驗室在上午的幾乎都相同。在下午一點到五 點半的耗電變化曲線，可以明顯的看到開窗率變小降低耗電量的效果。在 圖 4-32 的累積耗電可看出降低開窗率可節省 2KWH 耗電，約為午後總耗電 量的 25%。. 1.6 50%開窗. 1.4. 實驗日期:07/25. 100%開窗 耗電量(KWH). 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10:00. 11:00. 12:00. 13:00. 14:00. 15:00. 16:00. 時間. 圖 5-10. 50%對 100%開窗率的逐時耗電比較. 41. 17:00.
(56) 1.4 實驗日期:7/28. 0%開窗率 1.2. 100%開窗率. 耗電量(KWH). 1.0. 0.8. 0.6. 0.4. 0.2. 0.0 10:30. 11:30. 12:30. 13:30. 14:30. 15:30. 16:30. 17:30. 時間. 圖 5-11. 50%對 100%開窗率的逐時耗電比較. 12. 10. 耗電量(KWH). 8. 6. 4. 2. 50%. 100%. 50%. 100%. 0%. 0%. 100%. 100%. 0 上午. 下午. 上午. 50% Vs 100%. 圖 5-12. 下午 0% Vs 100%. 開窗率比對實驗空調累積耗電量比較. 42.
(57) ௐ̱ౢ!!ᘧ၆̰ވሤᒖဩᇆᜩ၁រ! ௐ˘༼!၁រ۞ซҖ! 窗簾對室內熱環境影響的實驗場所與開窗面積實驗一樣都是利用臨時 搭建的兩間實驗室，其中一間實驗時掛起室內窗簾作為實驗組，另一間則 維持全面開窗的原狀作為對照組。室內狀況仍然供應冷氣，溫度設定為 24 ℃。實驗測量的項目包括室內的溫度、黑球溫度以及冷氣的耗電。 本類實驗共用了四種窗簾進行比對實驗，分別是水平鋁百葉窗簾、垂 直亞麻布窗簾、紗質窗簾以及遮光布簾，圖 6-1~6-4 是它們實驗時的實況照 片。. 圖 6-1. 實驗所用之水平鋁百葉窗簾. 43.
(58) 圖 6-2. 實驗所用之垂直亞麻布百葉窗簾. 圖 6-3. 實驗所用之紗質窗簾. 44.
(59) 圖 6-4. 實驗所用之遮光布簾. ௐ˟༼!ͪπዞѺཧᘧ၁រ! 窗簾的比對實驗室從八月開始進行，不過由於這期間適逢午後雷陣雨 及颱風季節，往往不是陰雨天就是實驗進行到一半突然下起傾盆大雨，對 於有效的實驗數據天數影響相當大。 圖 6-5~6-8 是八月一日的水平鋁百葉窗簾比對的實驗結果。其中圖 6-5 是有無裝設水平鋁百葉窗簾的室內平均輻射溫度比較，在這圖中亦顯示室 內空氣溫度的變化。從圖中可看出在下午一點以後，兩間實驗室的平均輻 射溫度差異相當明顯，裝設鋁百葉窗簾的實驗室在下午的平均輻射溫度都 控制在 30℃以下，而無窗簾的實驗室的平均輻射溫度卻高達 32℃，兩者相 差 2℃。圖 6-6 是兩間實驗室的操作溫度比較，裝設百葉窗簾大致可以降低 1℃的操作溫度。 圖 6-7 和 6-8 是兩間實驗室的空調耗電的比較。從圖 6-7 可以明顯看出 兩者的逐時耗電相當同步，而圖 6-8 的累積耗電量也證明兩者的耗電量幾乎. 45.
(60) 沒有差別。這主要是因為進行百葉窗簾實驗時，鋁百葉的角度是維持 45 度 角，如圖 6-1 所示，雖然可以避免太陽光直接射入室內，但空氣可以在鋁百 葉間自由流動，帶走被鋁百葉吸收的太陽光轉成的熱量。所以無法減少進 入室內的熱量，因此在空調耗電上無明顯貢獻。 34 室內溫度(鋁百葉) 實驗日期:08/01 室內溫度(無窗簾). 32. 輻射溫度(鋁百葉). 溫度(C). 30. 輻射溫度(無窗簾). 28 26 24 22 20 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 17:30. 時間. 圖 6-5 水平鋁百葉窗簾的室內平均輻射溫度比較 31.0 操做溫度(鋁百葉) 實驗日期:08/01. 30.0. 操做溫度(無窗簾) 操做溫度(無窗簾). 29.0. 溫度(C). 28.0 27.0. 操做溫度(鋁百葉). 26.0 25.0 24.0 23.0 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 17:30. 時間. 圖 6-6 水平鋁百葉窗簾的室內操作溫度溫度比較. 46.
(61) 1.6. 鋁百葉(08/01) 無窗簾(0801) 鋁百葉(08/07) 無窗簾(0807). 1.4. 耗電量(KWH). 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10:30. 11:30. 12:30. 13:30. 14:30. 15:30. 16:30. 17:30. 時間. 圖 6-7 水平鋁百葉窗簾的逐時空調耗電比較. 20 18. 鋁百葉 無窗簾. 16. 耗電量(KWH). 14 12 10 8 6 4 2 0 八月一日. 八月七日. 圖 6-8 水平鋁百葉窗簾的空調累積耗電比較. 47.
(62) ௐˬ༼!!ֲ౫οۡݬᘧ၁រ! 圖 6-9~6-12 是亞麻布垂直百葉窗簾比對的實驗結果。其中圖 6-9 是有無 裝設亞麻布垂直百葉窗簾的室內平均輻射溫度比較，在這圖中亦顯示室內 空氣溫度的變化。從圖中可看出在下午一點以後，兩間實驗室的平均輻射 溫度差異相當明顯，裝設亞麻布百葉窗簾的實驗室在下午的平均輻射溫度 都控制在 29℃以下，僅較上午無日照時高出不到 2℃。而無窗簾的實驗室 的平均輻射溫度卻高達 32℃以上，較上午無日照時高出 5℃。與裝設亞麻 布窗簾的狀況相比兩者相差 3℃。圖 6-10 是兩間實驗室的操作溫度比較， 裝設亞麻布百葉窗簾大致可以降低 2℃的操作溫度。 圖 6-11 和 6-12 是兩間實驗室的空調耗電的比較。圖 6-7 兩者的逐時耗 電比較，而圖 6-12 的累積耗電量。從兩者的逐時耗電曲線似乎不容易判斷 其耗電有無差別，但累積耗電顯示在實驗期間裝設亞麻布窗簾較無裝窗簾 降低 7.5%的耗電。進行亞麻布百葉窗簾實驗時，百葉完全是與窗面平行， 百葉與窗面間被太陽輻射加熱的空氣被侷限在這個空間中，不像鋁百葉實 驗可以自由地流入室內。但畢竟亞麻布的隔熱效果並不是很好，高溫的空 氣仍可藉由傳導將熱量傳至室內。因此可以減少一些進入室內的熱量及將 低一些空調耗電。 圖 6-13 是兩間實驗室在無空調時室內平均輻射溫度的比較。從圖中可 以看到在無空調時不論是否有無窗簾，室內平均輻射溫度都較有空調時大 幅攀升，尤其是無窗簾時，近窗區平均輻射溫度竟高達 44℃，即使是遠離 窗戶區平均輻射溫度也高達 41℃。裝設亞麻布窗簾實驗室的平均輻射溫度 不論在近窗區或離窗區也都高達 40℃。圖 6-14 是兩間實驗室在無空調時， 近窗區的室溫與操作溫度的比較。在乾球溫度方面，兩間實驗室在午後都 高達 36℃。在操作溫度方面，無窗簾的實驗室最高達 41.5℃，而裝亞麻布 窗簾實驗室的最高值為 39℃。 48.
(63) 37 亞麻布-09/05 無窗簾-09/05 亞麻布-09/08 無窗簾-09/08. 35. 溫度(C). 33. 31. 29 27. 25 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 17:30. 時間. 圖 6-9 亞麻布垂直百葉窗簾的室內平均輻射溫度比較. 31.0 亞麻布-09/05 無窗簾-09/05. 30.0. 亞麻布-09/08 無窗簾-09/08. 29.0. 28.0. 27.0. 26.0. 25.0 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 17:30. 圖 6-10 亞麻布垂直百葉窗簾的室內操作溫度比較. 49.
(64) 1.5 亞麻布(0905). 1.4. 無窗簾(0905). 1.3. 亞麻布(0908). 耗電量(KWH). 1.2. 無窗簾(0908). 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 10:30. 11:30. 12:30. 13:30. 14:30. 15:30. 16:30. 時間. 圖 6-11 亞麻布垂直百葉窗簾的空調逐時耗電比較. 15 亞麻布 無窗簾. 耗電量(KWH). 14. 13. 12. 11. 10 8月12日. 8月18日. 圖 6-12 亞麻布垂直百葉窗簾的空調累積耗電比較. 50. 17:30.
(65) 46 44 42. 實驗日期:08/27. 亞麻布(近窗區) 亞麻布(近內側) 無窗簾(近窗區). 溫度. 40. 無窗簾(近內側). 38 36 34 32. 10 :0 0 10 :3 0 11 :0 0 11 :3 0 12 :0 0 12 :3 0 13 :0 0 13 :3 0 14 :0 0 14 :3 0 15 :0 0 15 :3 0 16 :0 0 16 :3 0 17 :0 0 17 :3 0. 30. 時間. 圖 6-13. 無空調時，亞麻布垂直百葉窗簾的室內平均輻射溫度比較. 42 亞麻布(乾球溫度) 40. 實驗日期:08/27. 無窗簾(乾球溫度) 亞麻布(操作溫度). 溫度. 38. 無窗簾(操作溫度). 36. 34. 32. 30 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 17:30. 時間. 圖 6-14. 無空調時，亞麻布垂直百葉窗簾的室內操作溫度比較. 51.
(66) ௐα༼!৲ኳοᘧ၁រ 圖 6-15~6-19 是紗質窗簾比對的實驗結果。其中圖 6-15 是有無裝設紗質 窗簾的室內平均輻射溫度比較。從圖中可看出在下午一點以後，兩間實驗 室的平均輻射溫度差異相當明顯，裝設紗質窗簾的實驗室在下午的平均輻 射溫度都控制在 29~30℃以下，僅較上午無日照時高出不到 3℃。而無窗簾 的實驗室的平均輻射溫度卻高達 33℃以上，較上午無日照時高出 6℃。與 裝設紗質窗簾的狀況相比兩者相差 3℃。圖 6-16 是兩間實驗室的操作溫度 比較，裝設紗質窗簾大致可以降低 2~3℃的操作溫度。 圖 6-17 和 6-18 是兩間實驗室的空調耗電的比較。圖 6-17 兩者的逐時耗 電比較，而圖 6-12 的累積耗電量。從兩者的逐時耗電曲線可以判斷裝設紗 質窗簾可降低耗電，圖 6-18 累積耗電顯示在實驗期間裝設紗質窗簾較無裝 窗簾降低 7%的耗電，與亞麻布百葉窗簾實驗時相接近。 圖 6-19 是兩間實驗室在無空調時室內平均輻射溫度的比較。從圖中可 以看到在無空調時不論是否有無窗簾，室內平均輻射溫度都較有空調時大 幅攀升，尤其是無窗簾時，近窗區平均輻射溫度竟高達 44℃，即使是遠離 窗戶區平均輻射溫度也高達 41℃。裝設紗質窗簾實驗室的平均輻射溫度不 論在近窗區或離窗區也都高達 39℃。圖 6-20 是兩間實驗室在無空調時，近 窗區的室溫與操作溫度的比較。在乾球溫度方面，兩間實驗室在午後都高 達 36℃。在操作溫度方面，無窗簾的實驗室最高達 41℃，而裝紗質窗簾實 驗室的最高值為 39℃。. 52.
(67) 34 紗質簾-08/12 33. 無窗簾-08/12. 32. 紗質簾-08/18 無窗簾-08/18. 溫度(C). 31 30 29 28 27 26 25 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 17:30. 時間. 圖 6-15. 紗質窗簾的室內平均輻射溫度比較. 31 紗質簾-08/12 無窗簾-08/12. 30. 紗質簾-08/18 無窗簾-08/18. 溫度(C). 29. 28. 27. 26. 25 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 時間. 圖 6-16. 紗質窗簾的室內操作溫度比較. 53. 17:30.
(68) 1.4 紗質簾(0812) 無窗簾(0812). 1.2. 紗質簾(0818) 無窗簾(0818). 耗電量(KWH). 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 10:30. 11:30. 12:30. 13:30. 時間. 14:30. 15:30. 16:30. 圖 6-17 紗質窗簾的空調逐時耗電比較. 15 紗質簾 無窗簾. 耗電量(KWH). 14. 13. 12. 11. 10 8月12日. 8月18日. 圖 6-18 紗質窗簾的空調累積耗電比較. 54. 17:30.
(69) 46 實驗日期:08/28. 44 紗質(近窗區) 紗質(近內側) 無窗簾(近窗區) 無窗簾(近內側). 42. 溫度. 40 38 36 34 32 30 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 17:30. 時間. 圖 6-19. 無空調時，紗質窗簾的室內平均輻射溫度比較. 42 紗質(乾球溫度) 無窗簾(乾球溫度) 紗質(操作溫度) 無窗簾(操作溫度). 40. 溫度. 38. 36. 34. 32. 30 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 17:30. 時間. 圖 6-20. 無空調時，紗質窗簾的室內操作溫度比較. 55.
(70) ௐ̣༼!!ዌЍοᘧ၁រ! 圖 6-21~6-22 是遮光布簾比對的實驗結果。其中圖 6-21 是有無裝設遮光 布簾的室內平均輻射溫度比較。從圖中可看出在下午一點以後，兩間實驗 室的平均輻射溫度差異相當明顯，裝設遮光布簾的實驗室在下午的平均輻 射溫度都控制在 27~29℃以下，僅較上午無日照時高出不到 2℃。而無窗簾 的實驗室的平均輻射溫度卻高達 35~37℃以上，較上午無日照時高出 8~10 ℃。與裝設遮光布簾的狀況相比兩者相差 6~8℃。圖 6-22 是兩間實驗室的 操作溫度比較，裝設遮光布簾大致可以降低 4~6℃的操作溫度。 圖 6-23 和 6-24 是兩間實驗室的空調耗電的比較。圖 6-23 兩者的逐時耗 電比較，而圖 6-23 的累積耗電量。從兩者的逐時耗電曲線可以判斷裝設遮 光布簾可降低耗電，圖 6-24 累積耗電顯示在實驗期間裝設遮光布簾較無裝 窗簾降低 12%的耗電，較各種窗簾有較高的節能效果。 圖 6-25 是兩間實驗室在無空調時室內平均輻射溫度的比較。從圖中可 以看到在無空調時不論是否有無窗簾，室內平均輻射溫度都較有空調時大 幅攀升，尤其是無窗簾時，近窗區平均輻射溫度竟高達 42℃，即使是遠離 窗戶區平均輻射溫度也高達 38℃。裝設遮光布簾實驗室的平均輻射溫度不 論在近窗區或離窗區也都高達 38℃。圖 6-26 是兩間實驗室在無空調時，近 窗區的室溫與操作溫度的比較。在乾球溫度方面，兩間實驗室在午後都高 達 36℃。在操作溫度方面，無窗簾的實驗室最高達 40℃，而裝遮光布簾實 驗室的最高值為 36.5℃。. 56.
(71) 39 遮光簾(08/21) 37. 無窗簾(08/21) 遮光簾(08/22). 溫度(C). 35. 無窗簾(08/22). 33 31 29 27 25 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 17:30. 時間. 圖 6-21. 遮光布簾的室內平均輻射溫度比較. 33 32 31. 遮光簾(08/21) 無窗簾(08/21) 遮光簾(08/22) 無窗簾(08/22). 溫度(C). 30 29 28 27 26 25 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 時間. 圖 6-22. 遮光布簾的室內操作溫度比較. 57. 16:40. 17:30.
(72) 1.4 遮光簾(08/22) 無窗簾(08/22). 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0. 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30. 圖 6-23. 遮光布簾的空調逐時耗電比較. 14 遮光簾 無窗簾. 耗電量(KWH). 13. 12. 11. 10 8月21日. 圖 6-24. 8月22日. 遮光布簾的空調累積耗電比較. 58.
(73) 44 輻射溫度(遮光簾) 42. 輻射溫度(無窗簾). 溫度(C). 40 38 36 34 32 30 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 17:30. 時間. 圖 6-25. 無空調時，遮光布簾的室內平均輻射溫度比較. 42 乾球溫度(遮光簾) 乾球溫度(無窗簾). 40. 操作溫度(遮光簾) 操作溫度(無窗簾). 溫度(C). 38. 36. 34. 32. 30 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 時間. 圖 6-26. 無空調時，遮光布簾的室內操作溫度比較. 59. 17:30.
(74) ௐ˛ౢ!!̚ल఼ࢲ၁រ! ௐ˘༼!!̚लሤᒖဩனಞീณ! 在進行中庭通風各項實驗之前，本研究先對本所性能實驗群中庭的熱 環境進行測量，以了解其實際的熱環境狀況。圖 7-1、7-2 是利用本所室內 氣候分析儀進行中庭熱環境測量的實況照片。測量時，將中庭分成六個區 域，每個區域尋找一個測點。礙於儀器設備只有一套，所以是以每個測點 量十分鐘的方式輪流進行現場測量。 圖 7-2 是中庭熱環境的實測結果，測量時大廳兩側的排煙窗是全部打開 的狀況。由於大廳本身並沒有空調，僅可利用兩側排煙窗通風。從現場測 量的結果顯示大廳的操作溫度遠遠超過 ASHRAE Standard 55 建議的最佳操 作溫度範圍，尤其是在大廳的西側，到了下午由於太陽西曬，操作溫度可 高達 34~36℃。. 圖 7-1 利用本所室內氣候分析儀進行中庭東側熱環境的測量. 60.
(75) 圖 7-2 利用本所室內氣候分析儀進行中庭中間熱環境的測量. 38 實驗日期:06/30/2003. 36. 大廳西側. 大廳西側. 大廳中間. 大廳中間. 大廳東側. 大廳東側. 作業溫度(C). 34. 32. 30. 28 09:30. 10:30. 11:30. 12:30. 13:30. 14:30. 時間. 圖 7-3. 中庭現場熱環境測量結果. 61. 15:30. 16:30.
(76) ௐ˟༼!!̚ल̶ޘᆸன෪ീณ! 像中庭這一類的大空間室內環境，由於室內空間體積龐大，且人員停 留時間短暫，若要提供全般空調將造成大量能源的浪費，尤其在台灣很多 中庭都喜歡採用玻璃帷幕或玻璃天窗的設計，若直接供應冷氣，往往是大 樓中最浪費能源的地方，所以一般都會利用這些大空間溫度分層現象，配 合加強通風策略，改善中庭的熱環境。因此了解中庭的溫度分層現象可說 是改善中庭熱環境的第一步也是最重要的一步。在溫度分層的測量方面， 本團隊共進行四種情況下的測量。第一為實驗室內的溫度分層測量，第二 為大廳的實際溫度分層測量。 由於大廳深度夠，所以在溫度分層測量時，分為外周區以及內周區。 外周區選擇中庭西北角落受日照最強烈的地方，內周區則選擇大廳的中央 位置，一天之中受到直接日照的時間大約都在下午四點以後。圖 7-4~7-7 分 別是在晴朗天氣、多雲天氣，以及大廳的排煙窗全開或全關四種組合下的 位於大廳中間位置的溫度分層的實測結果，而圖 7-8 是大廳西北角落的溫度 分層實測結果。 比較圖 7-4、7-6 及 7-8 發現在實驗的大廳中，溫度分層的現象，不論測 點是內周區或外周區，從人員活動區的一公尺處到最高點七公尺處，兩者 溫差都保持在 2℃左右。另從這圖 7-4~7-7 四個實驗結果交叉比對可發現， 只要天氣不是很晴朗、日照強烈，不論大廳的排煙窗是否打開，大廳內部 的溫度分層現象就不是很明顯。相反的，只要天氣晴朗、日照強烈，則大 廳內部的溫度分層就很明顯。可見氣候變化對大廳溫度分層的現象有絕對 的影響，而大廳的自然通風(即排煙窗打開)並不會破壞大廳的溫度分層現 象。. 62.
(77) 35 實驗日期:9/8/2003. 溫度(℃). 34. 33. 32. 7m處 3m處 1m處. 31. 30 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 17:30. 時間. 圖 7-4 晴朗天氣、排煙窗全開時、位於大廳中間位置的溫度分層現象 35 實驗日期:9/9/2003. 溫度(℃). 34. 33. 32 7m處. 31. 3m處 1m處. 30 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 17:30. 時間. 圖 7-5 多雲天氣、排煙窗全開時，位於大廳中間位置的溫度分層現象. 63.
(78) 33 實驗日期:9/22/2003. 溫度(℃). 32. 31 7m處 3m處 1m處. 30 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 時間. 15:00. 15:50. 16:40. 17:30. 圖 7-6 晴朗天氣、排煙窗全關時，位於大廳中間位置的溫度分層現象. 34 實驗日期:9/7/2003. 溫度(℃). 33. 32. 31. 7m處 3m處 1m處. 30 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 17:30. 時間. 圖 7-7. 多雲天氣、排煙窗全關時，位於大廳中間位置的溫度分層現象. 64.
(79) 33 測試日期:06/11/2003. 溫度(deg C). 32. 31. 30 7m處. 29. 3m處 1m處. 28 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00. 時間. 圖 7-8. 晴朗天氣，位於大廳西北角位置的溫度分層現象. ௐˬ༼!!̚ल఼ࢲณ၆̚लሤᒖဩ۞ᇆᜩ! 在中庭的強制通風比對實驗中，實驗組係使用風機對室內強制抽風， 換氣風量為 6 回/小時；而對照組則進行自然通風實驗。實驗進行時，實驗 室的門是打開的，以補充強制或自然流出的空氣。 圖 7-9 至 7-11 是在九月底進行的實驗結果比較。其中圖 7-9 是陰雨的天 氣下進行的實驗結果，而圖 7-10 與 7-11 則是在天氣晴朗時進行的實驗結果。 從這三張實驗結果可以發現，6 回/時的強制通風對中庭人員活動區(一米高 處)的溫度改善是有點效果，但不是很明顯，在實驗期間 6 回/時的強制通風 較自然通風約可降低 0.5℃。但對接近頂部(七米高處)的溫度就有較明顯， 強制通風約較自然通風低 1℃左右。至於在底部強制通風的效果不明顯的主. 65.
(80) 要原因推測為，由於實驗進行時，為了讓實驗可通風換氣，所以將門打開， 不管是自然通風或者強制通風是外的空氣都可進入實驗空間內，而從一米 高處量到的溫度都很接近室外溫度，也可間接證明前述的論點。 另外從圖 7-9~7-11 都可明顯的看到溫度分層的效果相當明顯，在晴朗 的天氣下，從一米處到七米處兩者的溫差可達 5℃，而再早上未受日照前或 者陰雨天，也有 2℃的溫度分層效果。. 35. 實驗日期:09/24 天氣:上午晴轉陰下午13:30下雨. 34. 溫度(C). 33. 32. 31. 加強通風(7m). 30. 加強通風(1m) 自然通風(7m). 29. 自然通風(1m) 28 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 時間. 圖 7-9. 陰雨天氣下中庭通風量的比對實驗結果. 66. 16:40. 17:30.
(81) 40 39 加強通風(7m) 38. 實驗日期:09/25 天氣:晴. 加強通風(1m) 自然通風(7m). 37. 自然通風(1m). 溫度(C). 36 35 34 33 32 31 30 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 17:30. 時間. 圖 7-10. 晴朗天氣下中庭通風量的比對實驗結果(一). 40 39. 實驗日期:09/26 天氣:晴. 加強通風(7m) 加強通風(1m). 38. 自然通風(7m) 37. 自然通風(1m). 溫度(C). 36 35 34 33 32 31 30 10:00. 10:50. 11:40. 12:30. 13:20. 14:10. 15:00. 15:50. 16:40. 17:30. 時間. 圖 7-11. 晴朗天氣下中庭通風量的比對實驗結果(二). 67.
(82) ௐˣౢ!!ඕኢᄃԼචޙᛉ! ௐ˘༼!!ඕኢ! 本研究計畫的主要目的是利用本所的熱舒適度測量設備，以及性能實 驗群中庭為實驗對象，根據 ISO 7730 與 ASHRAE Standard 55 對玻璃惟幕牆建 築外周區熱環境進行評估，以及提供可能的改善措施。 本計畫研究方法旨在透過現場實測來研究印證各種可能改善建築帷幕 牆對室內熱環境的影響。為了讓實驗能順利進行，本研究在性能群的中庭 搭建了一臨時性的兩間實驗室。其中一間做為實驗組，另一間做為對照組。 實驗的進行方式主要是對實驗組作各種改善策略，而對照組則維持全面開 窗的原設計方式，透過本所室內氣候分析儀及其他相關輔助儀器，紀錄這 兩間實驗室熱環境參數的變化，據以分析改善策略的效果。實驗項目包括 中庭通風、中庭溫度分層、開窗面積的改變、內遮陽窗簾的使用等等對室 內熱環境的影響。 因為有相當多的文獻指出：對於臨窗的工作人員而言，玻璃表面溫度 對於其熱舒適度有很大的影響。所以在進行正式實驗之前，本研究先對玻 璃室內側表面的溫度測量。在室內有開冷氣，室溫設定在 25℃狀況下，對 於朝向正西的玻璃帷幕牆，在晴朗天氣的下午，玻璃受到強烈日照後，室 內側表面的溫度高溫度可達 46℃，最高溫甚至 52℃。如此的高溫，必然令 坐於窗戶旁的工作人員相當不舒服。 對於坐於窗邊的工作人員而言，除了高溫的玻璃表面造成常撥輻射 外，另外一個困擾是太陽直接日照造成的輻射熱。根據本研究現場測量的 結果，在晴朗天氣下，受直接日照與不受直接日照下的室內平均輻射溫度 比較，受直接日照區的平均輻射溫度可達 32℃，較無直接日照區的平均輻 射溫度 28℃，高出近 4℃。在用於評估溫度及輻射熱對人體舒適度影響的 操作溫度比較上，在有空調的室內，直接日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. 68.
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