以風環境與熱環境觀點模擬社區規劃之適宜性- 台北市健康社區為例 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學地政學系碩士論文私立中國地政研究所. 以風環境與熱環境觀點模擬社區規劃之適宜性台北市健康社區為例 CFD Simulation of The Suitability of Jian-Kang Community from The Perspective of Thermal and Wind Environment. 研究生：陳建宏指導教授：孫振義博士. 中. 華. 民. 國. 一. ○. 四. 年. 六. 月.

(2) 謝誌謝誌的起筆，或許不如蜀道之難行，卻也不是信手捻來的工作，肇因於這兩年的一切，有太多值得紀錄並由衷地說出一聲「感謝」。感謝孫振義老師自大三起就竭盡全力的指點學生關於學術的一切，頑固或許是我個性上相當重大的一個缺陷，尤其在面對論文的瓶頸之處，更常常陷入無謂的牛角尖，幸好有您在旁做出正確的指引，從邏輯、推理、歸納、演繹，各方面皆鉅細靡遺地達成為師者的傳道、授業、解惑使命，讓學生能完成這一篇稱不上鉅作，但應該還能提供後進參考的論文。同時也感謝您在這四年來，給予學生很多歷練學習的工作機會，希望未來我也能如實的回饋予學弟妹。感謝孫家研究室的學妹們，凱婷、曹妤、偉慈、佩璇，這一年來由妳們分攤了很多工作，辛苦了! 感謝白仁德老師，老師教給學生的不只是學術專業，更是待人處事之道，數年來跟著老師學習，視野不再侷限於台灣，而有與國際學生交流的機會增長見聞！也感謝白家的學長姐思翰、學祥、家齊、詩縈、哲瑋，還有兩位同班六年的夥伴人華、婉彣，一起準備安康案、籌辦 2014IUDW、富朗巴競賽，兩位卓越的能力也讓我學習了很多，希望未來在職場上，也能有再合作的機會。感謝政大地政系，地政系的訓練是全方面的，歸納分析、思考結辯、口說台風皆是政大首屈一指，學生慶幸六年前的選擇，更欣慰於今日之果，在即將邁出校園的前夕與未來的日子，可以驕傲地說以地政系為榮！最終要感謝父母的支持，讓我得以全心致意地完成人生目標之一。 102 級地研所陳建宏 104/8/24. 後記：上述內文雖有八股之嫌，但卻是真心流露於文字，耗盡最後一滴文思而成，還請本文讀者多加包容理解！六年來自己的奔波，做了一些研究，寫了幾篇學術文章，投了一些標案，討論了一些社會議題以後，才有了一種新的覺悟：即是無論什麼事，得之於人者太多，出之於己者太少。因為需要感謝的人太多了，就感謝天罷。無論什麼事，不是需要先人的遺愛與遺產，即是需要眾人的支持與合作，還要等候機會的到來。越是真正做過一點事，越是感覺自己的貢獻之渺小。.

(3) 摘要林憲德等人於 1999 年提出台北夏季午夜之都市熱島強度為 4.5℃，至 2012 年簡子翔等人所提出夏季白天最大熱島強度 6.18℃、午夜 4.38℃，可以發現台北市的高溫化現象並未有顯著的差異，甚至還新增加了多個新興熱區。本研究以健康新城為研究對象，以實測方式、CFD 電腦模擬方法，釐清社區建築環繞下，社區內的高溫化現象，並與社區外的街道環境比較溫度差異，評估熱舒適性。研究結果顯示，建築環繞下的社區內部(社區中庭)，在日落後的確有高溫化現象，白天時則會因為各社區的遮蔽條件、綠化條件不同，而有不同程度的差別。而模擬結果亦顯示，社區開口條件、通風道配置不同，也會影響社區中庭與外部周邊街道環境之舒適性差異。建議未來社區的建築規劃設計，除了增加綠化措施之外，尚能適度增加開放空間，增加通風性能；而公部門在訂定法定容積時，應考量都市環境因素(增加遮蔽、通風)，酌以調整已達優良的都市實質環境。關鍵字：都市環境、都市熱島、都市高溫化、社區規劃、熱舒適性、CFD 模擬.

(4) Abstract According to Urban Heat Island’s studies by Lin et al. (1999) and Chien et al. (2012), urban heat island intensity (UHIs) of Taipei didn’t get an obvious improvement from 1999 to 2012. UHIs of Taipei was 4.5℃ in the midnight in 1999, 4.38℃ in the midnight in 2012 and 6.18℃ in the daytimes in 2012. Obviously, there are several high temperature area appeared in the years. This study tries to measure the thermal comfort between the area inside Jian-Kang community and the streets’ environment around Jian-Kang community. Furthermore, this study utilize CFD simulation that can help the study knows the reason effects thermal comfort. As the result of the study, the area inside Jian-Kang community has higher temperature after sunset. In the morning, it will have difference due to the shadow and green situation. Also, the simulation results show that the draft condition of the community will influence the thermal comfort. In the future, this study suggests some strategy to have a better urban environment. First, increase much more greening measures. Second, preserve open spaces to improve the ventilation when deciding the community’s design. Third, consider the urban environmental factors when rule the building’s height. Keywords :Urban environment；Urban heat island；Community planning；Thermal comfort；CFD simulaton.

(5) 目錄第一章緒論 ......................................................................................................... 1-1 第一節研究動機 ........................................................................................ 1-1 第二節研究目的 ........................................................................................ 1-3 第三節研究流程 ........................................................................................ 1-4 第四節研究範圍 ........................................................................................ 1-5 第五節研究方法 ........................................................................................ 1-6 一、固定監測站法(熱舒適性量測) ..................................................... 1-6 二、計算流體力學模擬（Computational Fluid Dynamics，CFD） ... 1-7 第六節小結 ................................................................................................ 1-8 第二章文獻回顧 ..................................................................................................2-1 第一節都市環境 ........................................................................................ 2-1 一、都市環境 ...................................................................................... 2-1 二、都市熱島效應(都市高溫化) ......................................................... 2-4 三、環境舒適度評估 ........................................................................... 2-8 第二節計算流體力學............................................................................... 2-19 一、環境流體力學理論 ..................................................................... 2-19 二、 CFD 操作方法論 ........................................................................ 2-21 三、 CFD 相關應用 ............................................................................ 2-24 第三節小結 .............................................................................................. 2-30 第三章研究設計 ..................................................................................................3-1 第一節研究區域 ........................................................................................ 3-1 第二節實測計畫 ........................................................................................ 3-4 一、社區外測點 .................................................................................. 3-5 二、社區(中庭)內測站 ........................................................................ 3-9 第三節 CFD 模擬計畫 .............................................................................. 3-14 一、計算域範圍條件 ......................................................................... 3-14 二、模型說明 .................................................................................... 3-18 三、網格設定 .................................................................................... 3-19 四、邊界條件 .................................................................................... 3-24 第四章實測結果分析 .......................................................................................... 4-1 第一節夏季實測結果................................................................................. 4-1 一、研究區域全區討論 ....................................................................... 4-2 二、分區討論 ...................................................................................... 4-5 第二節春季實測結果............................................................................... 4-12 一、研究區域全區討論 ..................................................................... 4-12.

(6) 二、分區討論 .................................................................................... 4-15 第三節小結 .............................................................................................. 4-21 第五章研究區域現況模擬分析........................................................................... 5-1 第一節計算公式差別比較 ......................................................................... 5-1 一、 Laminar Flow 層流模型 ............................................................... 5-1 二、 Standard k-ε 紊流模型 ..................................................................5-3 第二節計算域差別比較 ............................................................................. 5-5 一、計算域方案一............................................................................... 5-5 二、計算域方案二............................................................................... 5-6 三、計算域方案三............................................................................... 5-7 四、小結 .............................................................................................. 5-8 第三節現況模擬成果................................................................................. 5-8 一、夏季模擬成果............................................................................... 5-9 二、春季模擬成果............................................................................. 5-17 三、實測值與模擬值對照 ................................................................. 5-25 四、立面模擬成果............................................................................. 5-27 第四節小結 .............................................................................................. 5-28 第六章調整方案模擬分析 .................................................................................. 6-1 第一節開口型態之影響 ............................................................................. 6-1 一、開口寬度 ...................................................................................... 6-1 二、開口高度 ...................................................................................... 6-2 三、開口配置 ...................................................................................... 6-4 第二節建築量體規模之影響 ..................................................................... 6-5 第三節小結 ................................................................................................ 6-7 第七章結論與建議 .............................................................................................. 7-1 一、結論 .............................................................................................. 7-1 二、建議 .............................................................................................. 7-3.

(7) 表目錄表 1- 1 TWL-1S 規格表 .........................................................................................1-5 表 2-1 北美洲、歐洲主要都市，都市熱島強度列表 ...........................................2-6 表 2-2 台灣四大都會區，夏季午夜都市熱島強度列表 .......................................2-6 表 2-3 台北都會區都市熱島強度 .........................................................................2-6 表 2-4 蒲福風等級.................................................................................................2-9 表 2-5 常見活動代謝量 ....................................................................................... 2-11 表 2-6 常見衣物 clo 值 ........................................................................................ 2-11 表 2-7 台灣舒適度等級 ....................................................................................... 2-12 表 2-8 PMV 標準等級表 ..................................................................................... 2-12 表 2-9 村上風環境評價等級 ............................................................................... 2-14 表 2-10 香港風環境建議值 ................................................................................. 2-14 表 2-11 香港都市氣候規劃分區建議 .................................................................. 2-15 表 2-12 香港都市氣候規劃分區分類 .................................................................. 2-17 表 2-13 都市街道舒適性因子文獻整理表 .......................................................... 2-18 表 2-14 數種紊流形式 ......................................................................................... 2-20 表 2-15 四種建蔽率、容積率方案...................................................................... 2-25 表 2-16 四種方案風場環境模擬成果 .................................................................. 2-25 表 2-17 CFD 模擬表面材質相關成果圖表 ......................................................... 2-28 表 2-18 以 CFD 建議修改香港程式設計指引 .................................................... 2-29 表 3-1 健康新城量體外觀 .....................................................................................3-3 表 3-2 健康新城建築量體表 .................................................................................3-4 表 3-3 健康新城社區外測點現況 .........................................................................3-6 表 3-4 健康新城 A 區測點環境 .......................................................................... 3-10 表 3-5 健康新城 B 區測點環境 ........................................................................... 3-11 表 3-6 健康新城 C 區測點環境 ........................................................................... 3-12 表 3-7 健康新城 D 區測點環境 .......................................................................... 3-13 表 3- 8 計算域網格數總表 .................................................................................. 3-23 表 3- 9 基本邊界設定條件表 .............................................................................. 3-24 表 3-10 常見地表粗糙長度 ................................................................................. 3-26 表 4-1 8/22~8/25 天氣條件 ....................................................................................4-1 表 4-2 8/22~8/25 日出日沒時刻表 ........................................................................4-1 表 4-3 各社區中庭與周圍環境背景溫度平均溫差...............................................4-3 表 4-4 各社區中庭平均 WBGT 指數 ....................................................................4-4 表 4-5 健康 A 區實測情形 ....................................................................................4-5 表 4-6 健康 B 區實測情形 ....................................................................................4-7 表 4-7 健康 C 區實測情形 ....................................................................................4-8 表 4-8 健康 D 區實測情形 ....................................................................................4-9.

(8) 表 4- 9 夏季春季社區中庭內風速表 ................................................................... 4-11 表 4-10 4/1~4/4 天氣條件.................................................................................... 4-12 表 4-11 4/1~4/4 日出日沒時刻表 ........................................................................ 4-12 表 4-12 各社區中庭與周圍環境背景溫度平均溫差 ........................................... 4-13 表 4-13 各社區中庭平均 WBGT 指數 ................................................................ 4-14 表 4-14 健康 A 區實測情形 ................................................................................ 4-16 表 4-15 健康 B 區實測情形 ................................................................................ 4-17 表 4-16 健康 C 區實測情形 ................................................................................ 4-18 表 4-17 健康 D 區實測情形 ................................................................................ 4-20 表 4-18 春季社區中庭內風速表 ......................................................................... 4-21 表 5-1 公式比較預試模擬設定表 .........................................................................5-1 表 5-2 計算域方案一預試模擬設定表 ..................................................................5-5 表 5-3 計算域方案二預試模擬設定表 ..................................................................5-6 表 5-4 計算域方案二預試模擬設定表 ..................................................................5-7 表 5-5 8/22 中午模擬設定表 .................................................................................5-9 表 5-6 8/22 午夜模擬設定表 ............................................................................... 5-11 表 5-7 8/24 中午模擬設定表 ............................................................................... 5-13 表 5-8 8/24 午夜模擬設定表 ............................................................................... 5-15 表 5-9 4/2 中午模擬設定表 ................................................................................. 5-17 表 5-10 4/2 午夜模擬設定表 ............................................................................... 5-19 表 5-11 4/3 中午模擬設定表 ............................................................................... 5-21 表 5-12 4/3 午夜模擬設定表 ............................................................................... 5-23 表 5-13 夏季模擬值、實測值比較表(社區內中庭) ............................................ 5-25 表 5-14 夏季模擬值、實測值比較表(社區外街道環境) .................................... 5-26 表 5-15 春季模擬值、實測值比較表(社區內中庭) ............................................ 5-26 表 5-16 春季模擬值、實測值比較表(社區外街道環境) .................................... 5-26 表 5-17 立面模擬成果表 ..................................................................................... 5-27 表 6-1 社區環境模擬成果表(改變開口寬度)........................................................6-2 表 6-2 社區環境模擬成果表(改變開口高度)........................................................6-3 表 6-3 社區環境模擬成果表(改變開口配置)........................................................6-5 表 6-4 社區環境模擬成果表(改變容積率) ...........................................................6-6 表 6-5 調整方案模擬分析總表 .............................................................................6-7.

(9) 圖目錄圖 1- 1 研究流程圖................................................................................................1-4 圖 1- 2 研究區域 ...................................................................................................1-5 圖 1- 3 TWL-1S 外觀.............................................................................................1-6 圖 1- 4 CFD 軟體運用於都市環境模擬(孫振義等，2014)................................... 1-7 圖 2-1 都市環境的組成 .........................................................................................2-1 圖 2-2 都市環境評估項目 .....................................................................................2-2 圖 2-3 都市熱島示意圖 .........................................................................................2-5 圖 2-4 台北都會區都市熱島分佈圖 ......................................................................2-7 圖 2-5 東京實施降溫措施區位圖 ....................................................................... 2-15 圖 2-6 香港都市氣候分析圖 ............................................................................... 2-15 圖 2-7 香港都市氣候規劃分區規劃及運用流程 ................................................ 2-15 圖 2-9 雷諾實驗之層流、過度流、紊流示意圖 ................................................ 2-20 圖 2-10 CFD 研究流程 ........................................................................................ 2-22 圖 2-11 已有實際建成環境下的 CFD 模擬流程圖 ............................................. 2-23 圖 2-12 素地地區的 CFD 模擬流程圖 ................................................................ 2-23 圖 2-13 十種街谷尺度示意圖 ............................................................................. 2-24 圖 2-14 三種不同風向於不同街谷間之風場環境............................................... 2-25 圖 2-15 指南路 CFD 模型 ................................................................................... 2-26 圖 2-16 40W 人工發散熱模擬結果 ..................................................................... 2-26 圖 2-17 120W 人工發散熱模擬結果 ................................................................... 2-26 圖 2-18 透水鋪面 0% .......................................................................................... 2-27 圖 2-19 透水鋪面 60% ........................................................................................ 2-27 圖 2-20 新加坡都市熱島分佈 ............................................................................. 2-28 圖 3-1 健康新城街廓圖 .........................................................................................3-2 圖 3-2 研究區域測站分佈圖 .................................................................................3-5 圖 3-3 Ansys 模型精度對照圖............................................................................. 3-14 圖 3-4 計算域方案一範圍平面圖 ....................................................................... 3-15 圖 3-5 計算域方案一範圍模型平面圖 ................................................................ 3-15 圖 3-6 計算域方案二範圍平面圖 ....................................................................... 3-16 圖 3-7 計算域方案二範圍模型平面圖 ................................................................ 3-16 圖 3-8 計算域方案三範圍平面圖 ....................................................................... 3-17 圖 3-9 計算域方案三範圍模型平面圖 ................................................................ 3-17 圖 3-10 模擬地區 3D 模型圖 .............................................................................. 3-18 圖 3-11 計算域方案一模型示意圖 ...................................................................... 3-18 圖 3-12 計算域方案一模型示意圖...................................................................... 3-19 圖 3-13 計算域方案一模型示意圖...................................................................... 3-19 圖 3-14 計算域方案一網格切分平面圖 .............................................................. 3-20.

(10) 圖 3-15 計算域方案二網格切分平面圖 .............................................................. 3-21 圖 3-16 計算域方案三網格切分平面圖 .............................................................. 3-21 圖 3-17 Level 1 網格細分 ................................................................................... 3-22 圖 3-18 Level 2 網格細分 .................................................................................... 3-22 圖 3-19 邊界網格細分 ......................................................................................... 3-23 圖 3-20 模型網格切分示意圖 ............................................................................. 3-23 圖 3-21 細分後網格差異示意圖 ......................................................................... 3-24 圖 3-22 大氣分層結構圖 ..................................................................................... 3-26 圖 3-23 邊界流與自由流 ..................................................................................... 3-26 圖 3-24 大氣邊界於不同地況之厚度 .................................................................. 3-26 圖 4-1 8/22-8/23 健康社區溫度折線比較圖..........................................................4-3 圖 4-2 8/24-8/25 健康社區溫度折線比較圖..........................................................4-3 圖 4-3 8/22 黑球溫度折線比較圖 .........................................................................4-4 圖 4-4 8/24 黑球溫度折線比較圖 .........................................................................4-5 圖 4-5 8/22 健康 A 區溫度折線圖.........................................................................4-6 圖 4-6 8/24 健康 A 區溫度折線圖.........................................................................4-6 圖 4-7 8/22 健康 B 區溫度折線圖 .........................................................................4-7 圖 4-8 8/24 健康 B 區溫度折線圖 .........................................................................4-7 圖 4-9 8/22 健康 C 區溫度折線圖 .........................................................................4-8 圖 4-10 8/24 健康 C 區溫度折線圖 .......................................................................4-9 圖 4-11 8/22 健康 D 區溫度折線圖 ..................................................................... 4-10 圖 4-12 8/24 健康 D 區溫度折線圖 ..................................................................... 4-10 圖 4-13 4/2-4/3 健康社區溫度折線比較圖.......................................................... 4-13 圖 4-14 4/3-4/4 健康社區溫度折線比較圖.......................................................... 4-14 圖 4-15 4/2 黑球溫度折線比較圖 ....................................................................... 4-15 圖 4-16 4/3 黑球溫度折線比較圖 ....................................................................... 4-15 圖 4-17 4/2 健康 A 區溫度折線圖....................................................................... 4-16 圖 4-18 4/3 健康 A 區溫度折線圖....................................................................... 4-16 圖 4-19 4/2 健康 B 區溫度折線圖 ....................................................................... 4-17 圖 4-20 4/3 健康 B 區溫度折線圖 ....................................................................... 4-18 圖 4-21 4/2 健康 C 區溫度折線圖 ....................................................................... 4-19 圖 4-22 4/3 健康 C 區溫度折線圖 ....................................................................... 4-19 圖 4-23 4/2 健康 D 區溫度折線圖....................................................................... 4-20 圖 4-24 4/3 健康 D 區溫度折線圖....................................................................... 4-20 圖 5-1 計算域方案二殘差曲線(層流模型) ...........................................................5-2 圖 5-2 計算域方案二全區溫度場分佈(層流模型) ................................................5-2 圖 5-3 計算域方案三殘差曲線(層流模型) ...........................................................5-2 圖 5-4 計算域方案二全區溫度場分佈(層流模型) ................................................5-3.

(11) 圖 5-5 計算域方案二殘差曲線(k-ε 模型) .............................................................5-3 圖 5-6 計算域方案二溫度場分佈(k-ε 模型) .........................................................5-4 圖 5-7 計算域方案三殘差曲線(k-ε 模型) .............................................................5-4 圖 5-8 計算域方案三溫度場分佈(k-ε 模型) .........................................................5-4 圖 5-9 計算域方案一溫度場分佈(k-ε 模型) .........................................................5-6 圖 5-10 計算域方案二溫度場分佈(k-ε 模型)........................................................5-7 圖 5-11 計算域方案三溫度場分佈(k-ε 模型) ........................................................5-8 圖 5-12 8/22 中午研究區域模擬成果對比圖 ...................................................... 5-10 圖 5-13 8/22 午夜研究區域模擬成果對比圖 ...................................................... 5-12 圖 5-14 8/24 中午研究區域模擬成果對比圖 ...................................................... 5-14 圖 5-15 8/24 午夜研究區域模擬成果對比圖 ...................................................... 5-16 圖 5-16 4/2 中午研究區域模擬成果對比圖 ........................................................ 5-18 圖 5-17 4/2 午夜研究區域模擬成果對比圖 ........................................................ 5-20 圖 5-18 4/3 中午研究區域模擬成果對比圖 ........................................................ 5-22 圖 5-19 4/3 午夜研究區域模擬成果對比圖 ........................................................ 5-24 圖 5-20 測點分佈圖 ............................................................................................. 5-25 圖 6-1 A 區開口風向、風速圖 ..............................................................................6-4 圖 6-2 200%容積、D 區風速、風向、流線圖 .....................................................6-6 圖 6-3 300%容積、D 區風速、風向、流線圖 .....................................................6-6 圖 7-1 CFD 應用於都市環境模擬之簡要流程圖 .................................................. 7-5.

(12) 第一章緒論第一節研究動機早期都市的建立，起源自人類集體生活，為了特定目的諸如：軍事防禦、集市貿易等功能.，而形成有地域性範圍的人口密集地區。人口增加所衍生出的各項生活需求，使現代都市功能不再侷限於單一目標，而是由多樣化的、複合式的組成，包括了居住、提供工作機會、休閒娛樂以及其他事項，這些將促使都市提供較為完善的維生條件、公共服務設施、交通運輸、消費服務等等，藉以保證對居民的服務品質。現代都市的快速茁壯時期，可以追溯到 18 世紀末工業革命的發生。工業活動的領頭效果，改變了當時的產業結構，農業社會轉型為工業社會的過程中，工業行為開始集中於都市地區，資本家陸續投入更多資金以謀求收益。都市經濟體的茁壯，創造了都市的拉力，鄉村人口為追求工作機會而遷入都市地區，形成鄉村人口向都市集中的「都市化現象」。都市化現象促成了都市的快速發展，但隨即而來的是連串的都市課題，諸如貧富差距加深，因而產生貧民窟髒亂狹窄、採光陰暗的建成環境型態；化石燃料廢氣使得都市空氣品質下降；甚至人口過度集中，也有垃圾量增加、公共設施不足、人均活動空間下降的負面效果；高度密集的建築，也造成都市熱島效應，使得都市逐漸朝向非宜居的城市發展，即便是現今，這些課題仍存在於 21 世紀多數的都市環境之中。「都市環境 (urban environment) 」是指影響都市人類活動的各種自然的或人工的外部條件。狹義的都市環境主要指物理環境，包括地形、地質、土壤、水文、氣候、植被、動物、微生物等自然環境，以及房屋、道路、管線、基礎設施、廢氣、廢水、噪音等人工環境；廣義的都市環境尚涵蓋了都市社會環境、都市經濟環境、都市美學環境等面向(沈清基，1998)。而在工業革命過後，雖然亦有如田園城市的規劃思潮，提出約 30,000 人的最適單元，但人口成長速度大幅超越以往，現代城市的都市實質環境，不免朝向高密度、高樓層、人工鋪面(柏油、混凝土)增加的方向發展。而在這種人工環境比例增加的都市環境下，最為受到社會大眾關切、也最直接影響市民生活的課題，莫過於「都市熱島現象」所引起的「都市高溫化」現象。台灣是一個地狹人稠的海島型國家，尤其經濟起飛之後，人口的分佈更顯集中於都市地區(如台北市、新北市總人口數 667 萬，佔全國 28%)，也因此，大量的人工環境，正塑造出一種亟需改善的高溫困局。根據國內相關之研究指出： 1999 年台北夏季午夜之都市熱島強度為 4.5℃、台中為 2.7℃、台南為 3.5℃，高雄為 3.2℃(林憲德、李魁鵬、陳冠廷、林立人、郭曉青、陳子謙，1999)；2012 年針對台北地區的研究，則指出了台北地區夏季白天最大熱島強度為 6.18℃，午夜的最大熱島強度為 4.38℃，且熱點明顯集中在具有人為活動的都市中心區域(簡子翔、孫振義，2012)。為因應都市熱島的影響，也成為了地方政府以及地 1-1.

(13) 方首長候選人，重要的市政課題之一，如台北市在 2013 年 8 月 8 日，市區出現 39.3℃，是近百年來的歷史最高溫紀錄，環保局特別出動 4 台灑水車，於台北市區沿街灑水，藉由降低街道溫度，提升市民生活舒適性、改善都市熱環境 (Nownews，2013。http://www.nownews.com/n/2013/08/09/278774)；第 15 任台北市長候選人柯文哲先生，在競選時亦曾針對都市熱島效應的影響，並提出「海綿城市」之理念作為應對方針(民報，2014。http://www.peoplenews.tw/news /b28a96f2-9f3f-42c9-be1e-76f5660caacd)。縱觀近年台北地區都市發展之現象，發現台北市 1995 年到 2007 年綠覆率變化量，有明顯下滑之趨勢，尤其許多正在發展之台北新都心，其下滑趨勢最為嚴重，此表示開發越來越密集，環境惡化之現象(張效通、張慕恩，2010)。換言之，台北地區現今的建築(人工環境)開發呈現集中在都心的趨勢，新建的建築物朝向高樓層的型態發展，形成密集且集中的集居型態，而這樣的現象被認為是造成熱島效應的主要原因之一。有鑑於此，本研究是從都市熱島效應所帶來的高溫化現象作為背景，並從社區尺度範圍，進行一連串的實驗。這樣的實驗是以物理環境觀點切入，實際量測都市微氣候，其量測面向包括都市熱環境、都市風環境，所得數據將有助於本研究釐清住宅社區的建築量體，其量體規模、風道開口配置、鋪面設計…… 等實質規劃內容，在不同的配置方案下，與環境之間所產生的交互影響關係，例如社區中庭相對於街道環境，是否形成高溫化現象；建築量體對風環境之影響；又或是熱環境與風環境之間的關係。除運用實測技術進行現況的實地量測之外，追求事前預測，從而營造較佳的社區環境，更是本研究試圖達成之目標，因此，本研究將運用計算流體力學 (Computational Fluid Dynamics，簡稱 CFD)的電腦輔助模擬工具，進行實測社區的電腦模擬。CFD 的模擬功能，除了模擬現況環境之外，還能夠將都市環境的實質調整方案，在短時間內以模型方式，呈現出都市景觀、地貌之變遷，進一步地以模擬功能，呈現調整方案施作後的都市環境現象。然而在國內，CFD 技術尚未被廣泛的普及運用，因此，本研究期許以多種配置方案，將 CFD 進行都市環境模擬的研究方法運用的更為純熟，並在研究流程、參數設定、模擬精度上都能有所本。如此一來，除了有利於 CFD 於都市環境模擬的運用之外，透過多種配置方案的 CFD 模擬成果，也可以在短時間內，以都市環境面觀點，為開發者、公部門於進行建築設計、開發評估、都市設計審議的過程中，即時提供具體可行的規劃配置方案與參考資料依據。. 1-2.

(14) 第二節研究目的綜理上述背景下所衍生之都市環境課題，驗證都市高溫化程度，並且給予改善社區舒適性的實質方案，顯然有其必要性，在這樣的前提下，本研究訂定三項研究目的如下：一、運用實測分析影響社區舒適性之因素以實測結果分析研究區域中，四個中庭環境間的熱環境差異，以及中庭相較周邊街道環境的高溫化程度，並依社區型態、背景條件之不同，列舉影響因素。二、擬訂計算流體力學(CFD) 應用於都市環境之簡要研究流程運用計算流體力學(Computational Fluid Dynamics，簡稱 CFD)模擬研究區域，檢驗模擬信度與作為對照分析基準。並考量 CFD 的開發前評估效益，試圖擬訂明確簡要的研究流程，推廣應用於都市規劃。三、研提具備較佳舒適性的社區適宜性配置型態針對研究區域現況，提出數種社區型態調整方案(如建築開口型態、開口高度比；建築高度差異)，並以 CFD 進行社區調整方案模擬，歸納模擬成果中，具有較佳熱環境、風環境的社區配置型態。. 1-3.

(15) 第三節. 研究流程. 釐清研究目的. 都市環境. 文獻回顧. 熱環境、熱舒適性、街道環境、風場環境、都市微氣候、都市熱島效應 CFD模擬. 研究設計. CFD研究方法、CFD相關應用. 實測地點選定. 繪製實測地點 3D模型. 進行實地監測. 夏季. 春季. 數據分析. 模擬場域平均條件. 設定模型邊界條件. 決定公式、計算域、參數值與實測誤差大. 進行預試模擬與實測誤差小. 與實測誤差大. 正式模擬現況. 檢視模擬成果與實測誤差小. 比較模擬值與實測值. 繪製相關圖表. 提出調整方案. 模擬調整方案. 結論與建議. 圖 1- 1 研究流程圖. 1-4.

(16) 第四節研究範圍本研究之研究範圍，是限縮於都市自然環境之下的都市微氣候領域。都市熱環境與都市風環境是構成都市微氣候的重要面向，其意涵為在都市環境之中，經各項自然條件、物理環境、人為活動交互影響之下，所呈現出的氣溫、風場狀態，一般而言，也是人類在都市活動之中，人體最易感受到的因子。本研究之空間範圍，是以有明顯都市熱島效應的台北都會區為標的，再以同一區域內，具有不同社區配置型態的住宅社區做為首選。而健康新城位於台北市中心健康路與三民路交叉口，且其街廓內的四個社區，其建築量體、中庭配置、通道數量皆有所差異，故選取為研究範圍，並進行實測與模擬分析。. 圖 1- 2 研究區域. 1-5.

(17) 第五節研究方法一、固定監測站法(熱舒適性量測) 所謂「熱舒適性」係指人處在特定環境下，對所處環境溫度的主觀評價滿意程度，影響原因包括了環境溫度（air temperature）、相對濕度（relative humidity）、平均輻射溫度（MRT）、風速（wind velocity）、人體活動量（activity）及衣著量（clothing）等六項主要參數（美國冷凍與空調學會(ASHRAE)，2004；蘇俊榮， 2008；謝俊民等，2012）。完整的熱舒適環境量測需要由強制通風式乾濕球溫度計、熱線風速計、自然通風式乾濕球溫度計及黑球輻射式溫度計所組成，並與主機連接構成「環境舒適度量測儀」，其為一組固定的監測站，可以較長時間的收集舒適性資料。本研究採用儀器為 TWL-1S(1-2)，其優勢在於輕巧、攜帶方便，可以手持量測，為配合本研究進行長時間的資料收集，本研究向原廠提出改良要求，將手持式改良為可固定的監測站，並於進行實地量測前，委託製造原廠進行系統誤差校正檢視，其規格如表 1-1：. 圖 1- 3. TWL-1S 外觀. 表 1- 1 TWL-1S 規格表. 1-6.

(18) 二、計算流體力學模擬（Computational Fluid Dynamics，簡稱 CFD）計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，簡稱 CFD）是依據流體的物理性質為理論基礎，建立都市建築、街道之模型後，運用非線性數學方程，在能量不滅的前提下，對計算域模型內的流動狀況分佈進行電腦求方程組解，進而比對真實情況的研究方法。流體力學理論雖然建立許久，但由於真實環境相當複雜，因此人力求解顯然是不可行的，因此計算流體力學模擬直到 20 世紀 60 年代，方伴隨電腦技術迅速崛起，並在其後半個世紀之間，迅速的發展。目前有多種商業 CFD 軟體問世，比如 FLUENT、Phoenics、CFX、Star-cd 等。本研究使用 ANSYS 系列，14.0、16.0 版本中的 FLUENT 套裝軟體，來進行健康社區與周邊都市街道環境之模擬，並與固定監測站實測之熱舒適性數據進行比對分析。. 圖 1- 4 CFD 軟體運用於都市環境模擬(孫振義等，2014) 進行比對分析之後，本研究將從可能影響社區舒適性之面向，提出數種有關社區配置型態的調整方案，預期透過 CFD 模擬，驗證所提出之調整方案效益，達成預測功能。. 1-7.

(19) 第六節小結基於研究動機，本研究認為應先從過往的文獻資料之中，界定都市環境之定義，幫助本研究確立問題意識；其次回顧都市熱島效應造成的高溫化現象，並反饋至都市熱舒適性之討論，討論過程之中，本研究預期蒐集國際間所使用，不同的熱舒適性評估指標、風環境評估指標，有助於本研究判斷環境舒適度之優劣。另 CFD 計算流體力學模擬應用於都市環境之研究，在國內屬於新穎的研究領域，因此許多研究課題有著極大差異，故而透過蒐集國內外文獻，彙整比對有助於本研究之部分，為第二章所著重的重點。藉由確立問題意識，並回顧文獻內容，本研究將於第三章提出完整的實測計畫、模擬計畫，並對第四章實測分析、第五章模擬分析的成果進行比較分析，列舉數種調整方案於第六章進行模擬，於第七章彙整結論後，提出改善建議。. 1-8.

(20) 第二章文獻回顧第一節都市環境一、都市環境 (一) 都市環境意涵與面向「都市環境」(urban environment)是指影響都市人類活動的各種自然的或人工的外部條件。狹義的都市環境主要指物理環境，包括地形、地質、土壤、水文、氣候、植被、動物、微生物等自然環境，以及房屋、道路、管線、基礎設施、廢氣、廢水、噪音等人工環境。廣義的都市環境尚涵蓋了都市社會環境、都市經濟環境、都市美學環境等面向(沈清基，1998)。. 圖 2-1 都市環境的組成(沈清基，1998) 而在曾國雄等人的研究結果中，運用 AHP 層級分析法，以台北都會區、東京都以及漢城市(首爾)為基礎，建立了結構化的都市環境評估系統。該評估系統由安全性、保健性、社會經濟性、舒適性、方便性、自然性等六大面向組成，其評估項目如圖 2-2。經回收之問卷進行評估後，該研究指出，台北都會區、東京都、漢城市皆在保健性、自然性以及社會經濟性三個面向，呈現逐漸惡化的趨勢（曾國雄、顏永坤、陳君杰，1993）。而這三個面向，主要是以都市的自然環境為評估主軸，意即證明了現代都市的自然環境，在市民的主觀判斷下，是正在惡化、且不符合民眾期待的宜居標準。. 2-1.

(21) 自然災害安全性. 都市災害交通事故社會犯罪空氣汙染、水汙染. 保健性. 噪音、振動醫療設施供電、水道、瓦斯、廢棄物處理. 社會經濟性. 總合評估. 治安人口密度所得社會問題. 舒適性. 地方景觀親水空間開放空間教育設施、文化設施. 方便性. 社會福利設施流通設施(倉儲、市場) 資訊、通訊設施交通網稀有動植物. 自然性. 自然植物生態系的安定生態系的多樣. 圖 2-2. 都市環境評估項目（曾國雄等，1993） 2-2.

(22) 都市環境面向多元，本研究所指稱之都市環境評估，將限縮在都市自然環境之下的都市微氣候領域，微氣候指的是一個範圍內(小至單一後院、大至一個街廓、山谷)的氣候狀況，在此範圍內的氣候，會不時受到周圍環境改變而隨之變動(科技部高瞻自然科學教學資源平台1，2011) 。在都市之中，由於水泥、柏油等人工鋪面廣泛使用(都市熱島現象成因之一)，較易出現高溫化的氣候型態。都市熱環境與都市風環境是構成都市微氣候的重要面向，其意涵為在都市環境之中，經各項自然條件、物理環境、人為活動交互影響之下，所呈現出的氣溫、風場狀態，一般而言，也是人類在都市活動之中，人體最易感受到的因子。因此，本研究將著重於「社區因植栽、建築，以及其空間型態所衍生之都市熱環境差異」，並綜合考量風場因素於熱環境之影響。. 1. http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=40075#more-40075 2-3.

(23) 二、都市熱島效應(都市高溫化) (一) 都市熱島現象都市高溫化的現象，是由 Luke Howard 在 1810 年代，針對倫敦地區所進行的氣象資料調查，所彙整得出，他發現都市中心密集地區在夜晚時，會較白天具有較大的溫差，尤其在風強度低的時候，這個現象會更加明顯(Luke Howard,1818)；而都市熱島效應(Urban Heat Island)一詞，則可追溯至 Gordan Manley 於 1958 年，在英國皇家氣象學會所提出之報告。在近年的相關研究之中，都市熱島效應的定義漸趨於一致的共識：「都市環境由於人口過度集中，人工鋪面、人類活動造成人工發散熱大且散熱不易，因此在紅外線遙測圖上，呈現較高的表面溫度，看似一座孤島，故而得名。」 Landsberg 認為都市熱島效應，是反映了人類改變地表原貌的行為，而造成的都市環境、都市微氣候改變(Landsberg，1981)。Taha 進一步提出：「都市熱島的成因是太陽輻射熱、都市氣候以及人工熱」。而都市熱島效應將會帶來都市的高溫化、乾燥化、雲量增多、日射量減少、平均風速降低，從最直接的都市熱舒適環境，影響居民的生活。而林炯明則深入地，將影響都市熱島效應的四大層面條列而出(林炯明，2010)：  都市粗造度：都市溫度上升，會使得都市大氣的邊界層增厚，使得大氣紊流增加，形成所謂的塵罩(dust domes)，使得空氣汙染物(交通運具廢氣排放、工業廢氣)不易擴散、空調廢熱難以散出交換，甚至形成越熱越開空調、越開空調越熱的惡性循環。  大氣反照率：都市上空因汽機車及工業污染排放大量懸浮微粒，懸浮微粒會反射太陽短波輻射，降低溫度，但卻也成為雲的凝結核，大量雲量使地表的長波輻射不易排散，競合之下，造成溫度上升。  地表輻射特性：都市大量人工建物的結構和材質也影響能量的傳遞過程，都市街道兩側的大樓形成都市峽谷(都市街谷)地形，增加輻射在其間反射與吸收的次數。另外，水泥、柏油、金屬等建材比熱相較於綠地、水域為小，容易增溫，致使都市高溫化。  潛熱通量：相較於都市，鄉村地區具有較多的植物或天然水體，其藉由蒸散、蒸發或化學作用可以將地面的可感熱轉換成潛熱釋放，進而降低地表溫度。都市擴張會導致潛熱通量減少、可感熱增加。. 2-4.

(24) 圖 2- 3 都市熱島示意圖(孫振義，2003) (二) 都市熱島強度從上述的文獻整理之中，可以看出：「人工環境是造成都市熱島效應的重要成因」，而在都市化程度愈加攀升的現代，究竟都市熱島效應的強度多高？都市熱島效應所帶來的影響程度如何？本研究彙整相關文獻資料如下：都市熱島強度，是指都市中心地區與郊區的溫度之差(Oke，1973；李魁鵬， 1999；孫振義、林憲德，2006)，係用以評估都市熱島效應嚴重程度的指標，其計算方式會依研究區域，而適度調整公式如式 2-9： ω=Tu-Ts----------------------------------------式 2- 1 ω：都市熱島強度 Tu：都市內部之平均地表溫度 Ts：研究區最低平均地表溫度依據 Oke 對都市尺度與都市熱島強度之研究，「不同地域與氣候型態將會產生不同的都市熱島強度」，且以北美洲與歐洲數據相比，歐洲由於較低密度的使用型態，而具有較低的人工發散熱、都市熱容量及較大的都市蒸發散量，因此在相同的都市人口規模下，其都市熱島強度遠低於北美洲的城市。在我國較近期的研究之中，林憲德等人在 1999 年，對台灣四大都會區進行都市熱島強度實測，其結果顯示：在夏季午夜，四大都會區之都市熱島強度分別為台北 4.5℃、台中 2.7℃、台南 3.5℃，高雄 3.2℃；其後於 2001 年，針對台灣海岸型都市：新竹、台南、高雄，再次進行了都市熱島效應強度之實測，其研究成果顯示了該地區的最大熱島強度，分別為新竹 3.7℃、台南 4.4℃、高雄 3.7℃，； 2005 年時，運用「台灣夏季午夜都市熱島效應回歸方程式」估算，若都市人口規模達 5 千人以上始會產生都市熱島現象，而達 2 萬 3 千人時會產生 1℃的熱島強度，並可以預期達 10 萬人以上之城市將會有 2℃以上的熱島強度。因此，若都市計畫人口小於 10 萬人者，將可以降低過大的都市熱島效應產生條件。(林 2-5.

(25) 憲德、李魁鵬、陳冠廷、林立人、郭曉青、陳子謙，1999；林憲德、郭曉青、李魁鵬、陳子謙、陳冠廷，2001；林憲德、孫振義、李魁鵬、郭曉青，2005。) 孫振義在 2012 年，再次檢視台北都會區的都市熱島效應，發現台北地區夏季白天最大熱島強度為 6.18℃，在午夜的最大熱島強度為 4.38℃，相較於 1999 年所進行的實測，都市熱島效應仍然存在，夏季午夜的最大熱島強度略為下降，但熱點地區呈現增加的趨勢，且熱點地區也明顯集中於人為活動的都市中心區域(簡子翔，2012)。表 2- 1 北美洲、歐洲主要都市，都市熱島強度列表(Oke，1973) 都市. 人口(人). 都市熱島強度(℃). 北美洲 Montreal (蒙特婁). 2,000,000. 12. Vancouver, B.C. (溫哥華) San Francisco, Calif. (舊金山) Winnipeg, Manitoba(溫尼伯) Edmonton, Alta (艾德蒙頓). 1,000,000 784,000 534,000 401,000. 10.2 11.1 11.6 11.5. 8,500,000 4,200,000 1,870,000 822,000 500,000. 10 10 8 7 8. 歐洲 London, U.K.(英國倫敦) Berlin, Germany(德國柏林) Vienna, Austria (奧地利維也納) Munich, Germany (德國慕尼黑) Sheffield, U.K. (英國雪菲爾). 表 2-2 台灣四大都會區，夏季午夜都市熱島強度列表(林憲德等，1999) 都市. 人口(人). 1999 年台灣四大都會區實測台北台中台南高雄. 都市熱島強度(℃). 2,631,630 901,961 717,811 1,458,008. 4.5 2.7 3.4 3.2. 表 2-3 台北都會區都市熱島強度(簡子翔，2012) 時間區段. 都市熱島強度(℃). 白天晚間. 5.36～6.18 5.11～5.77. 午夜. 3.78～4.38. 2-6.

(26) 圖 2-4 台北都會區都市熱島分佈圖(簡子翔，2012) 以都市發展、擴張之觀點，來進行與實測所得數值之對比。張效通觀察近年台北地區都市發展之現象，發現台北市 1995 年到 2007 年綠覆率變化量，有明顯下滑之趨勢，尤其許多正在發展之新都心地區，其下滑趨勢最為嚴重，此表示開發越來越密集環境惡化之現象(張效通、張慕恩，2010)。劉小蘭則運用中央氣象局之資料，透過統計方法與 GIS 分析，認為台北都會區年平均氣溫之上升，呈現放射狀的溫度分布，此與都市蔓延之放射狀發展形態類似。而自 1996 年-2006 年之間，年平均氣溫約上升 1℃，部分地區甚至上升約 2℃，且上升之溫度範圍有擴大的趨勢，甚至到達桃園縣地區，表示都市外圍部分地區也有氣候暖化(高溫化)的發生(劉小蘭、賴玫錡，2011)。都市熱島效應(Urban Heat Island，UHI)所造成的都市高溫化現象，一般而言，會帶來多項的負面效果，諸如：都市酷熱環境造成熱舒適性下降；空調大量使用而造成能源負擔；甚至是使都市塵罩增厚，影響空氣、汙染物的交換通風，這些課題皆與市民的生活息息相關，因此是當今台北地區最為關注的都市環境課題。從上述文獻互相對照之後，本研究認為台北都會區，因為受到都市熱島效應影響，而形成都市高溫化之現象，是確實存在的，雖然各區域之間的發展情況不同，而有都市熱島強度上的落差，但高溫化的現象已經是台北都會區，所必須提出改善對策的都市環境課題。 2-7.

(27) 過去的都市熱島效應研究資料之中，多有認為人類活動所建造的人工基盤(建築物、柏油道路鋪面、人為管線……)，是致使熱島效應現象惡化的主因；如林炯明指出，建築的空調廢熱不易擴散，將導致溫度升高，因此空調的使用再增多，如此又導致更多的廢熱排放，形成惡性循環，同時建築吸收太陽輻射後，幾乎以廢熱方式釋放，更加深了此種循環(林炯明，2010)。亦有國外學者認為，是因為高層的建築形態，阻礙了風的流動，使得廢熱與污染物積蓄於都市之中，造成高溫化之現象(Yan Li、Xinyi Zhao，2012；David J. Sailor，2011；Wikipedia，Urban Heat Island)。而張效通、劉小蘭等人的研究之中，也可以看出都市的人工開發、都市擴張，是和都市熱島所衍生出的都市高溫化現象密切相關的。因此本研究將研究範圍聚焦於社區尺度，探討人工基盤為主的社區建築量體、以及其配置型態、植栽、遮蔽等因子，對於社區內部的高溫化影響，從組成都市的基本社區單元，提出改善都市環境的建議。. 三、環境舒適度評估 (一) 影響因子「舒適度(熱舒適性)」係指人處在特定環境下，對所處環境溫度的主觀評價滿意程度，影響原因包括了環境溫度（air temperature）、相對濕度（relative humidity）、平均輻射溫度（MRT）、風速（wind velocity）、人體活動量（activity）及衣著量（clothing）等六項主要參數（美國冷凍與空調學會(ASHRAE)，2004；蘇俊榮，2008；謝俊民等，2012）。以下就相關影響因子整理如下述： 1. 環境溫度（air temperature）氣溫係以溫度計量測之，指在距地面 1.25 - 2.00 公尺間流動，而不受太陽直達輻射影響之大氣溫度而言。國際上目前通用之度量單位為攝氏溫標(℃)及華氏溫標(℉)。 2. 相對溼度（relative humidity）溼度係表示大氣中水汽含量或飽和程度。相對濕度為世界氣象組織技術規範之中，濕度的一種表示方法，意指氣體中，水氣的分壓除以飽和蒸氣壓的百分比率，也就是絕對濕度與最高濕度之間的比。當空氣裏的水分含量達至飽和，相對濕度為 100%，當相對濕度超過 100%時，水蒸氣開始凝結。. 2-8.

(28) 3. 平均輻射溫度 MRT(Mean Radiant Temperature) 平均輻射溫度是假設在一個假想的球狀外殼之中，其內部的輻射熱傳遞狀況，會和真實環境之下的人體輻射熱傳遞效果一致(ISO7726，1985)，所計算得出的加權平均值，可反應直接日射、全天空漫射、大氣反射及周圍物體表面紅外線輻射的交互作用，與綠化植栽、戶外遮蔭、牆面顏色有直接關係。一般常見之平均輻射溫度計算式皆為室內環境的簡化版本如式 2-2，僅運用黑球溫度、乾球溫度(空氣溫度)和風速三項因子進行計算，忽略了在不同的大氣壓力下，不同的傳遞速率問題，ISO7726 則針對此點，將計算公式進行修正如式 2-3：平均輻射溫度(MRT)= Tg  0.237 V (Tg  Td ) ------------------------------------式 2- 2 1. Tg  276 4  2.5 108  V 0.6 (Tg  Td )  4  273  平均輻射溫度(MRT)=  ---------式 2- 3 V：風速(m/s). Tg：黑球溫度(℃). Td：乾球溫度(℃). 4. 風速風是大規模的氣體流動現象，是空間中的三維向量，但在氣象觀測中，僅從二次元考量風的水平向量以及風速。風之強弱程度，通常用風力等級來表示，而風力的等級，可由地面或海面物體被風吹動之情形加以估計之。目前國際通用之風力估計，係以蒲福風級為標準。蒲福氏為英國海軍上將，於 1805 年首創風力分級標準。先僅用於海上，後亦用於陸上，並屢經修訂，乃成今日通用之風級。實際風速與蒲福風級之經驗關係式為2：Ｖ= 0.836 * (Ｂ ^ (3/2))------------------------------------------------------------------式 2- 4 V：風速. B：蒲福風級數. 表 2-4 蒲福風等級(中央氣象局) 蒲福. 名稱. 風級敘述. 風級 0 1 2. 2. 平均風速. 每時浬(航用). (m/s) 無風 calm. 煙直上. 軟風 light air 輕風 slight. <0.3. <1. 僅煙能表示風向，但不能轉動風標。. 0.3-1.5. 1-3. 人面感覺有風，樹葉搖. 1.6-3.3. 4-7. 資料來源：交通部中央氣象局 2-9.

(29) 3. breeze 微風 gentle breeze. 4. 和風 moderate. 5. breeze 清風 fresh 強風 strong breeze. 7 8 9. 疾風 near gale 大風 gale. 3.4-5.4. 8-12. 塵土及碎紙被風吹揚，樹之分枝搖動。. 5.5-7.9. 13-16. 8.0-10.7. 17-21. 樹之木枝搖動，電線發出呼呼嘯聲，張傘困難。. 10.8-13.8. 22-27. 全樹搖動，逆風行走感困難。. 13.9-17.1. 28-33. 小樹枝被吹折，步行不能. 17.2-20.7. 34-40. 建築物有損壞，煙囪被吹倒。. 20.8-24.4. 41-47. 樹被風拔起，建築物有相. 24.5-28.4. 48-55. 28.5-32.6. 56-63. 32.7-36.9. 64-71. 前進。. 烈風 strong gale. 10. 樹葉及小枝搖動不息，旌旗飄展。. 有葉之小樹開始搖擺。. breeze 6. 動，普通之風標轉動。. 狂風 storm. 當破壞。. 11. 暴風 violent. 12. storm 颶風 hurricane. 極少見，如出現必有重大災害。. 13. －. 37.0-41.4. 72-80. 14. －. 41.5-46.1. 81-89. 15. －. 46.2-50.9. 90-99. 16. －. 51.0-56.0. 100-108. 17. －. 56.1-61.2. 108-118. 5. 人體活動量人們對於周遭熱環境感覺到舒適的程度，是由人體的生理機能來決定，且因人而異並有所不同。人體本身產熱的情形，經由身體表面所散發之熱量，使得人體可以維持一定體溫，而達到人體的熱平衡狀態(Fanger，1970；鄭明仁、羅仁豪、李建鋒等，2009)。當人體內蓄熱 S 接近 0，人體感覺舒適；當 S 為負值時，人體感覺寒冷；當 S 為正值時，人體感覺暖和。熱平衡方程式：S. ＝ M ± R ± C - E -------------------------------------------------式 2- 5. S：體內蓄熱 C：人體對流交換熱. M：人體生熱 R：人體周圍輻射交換熱 2-10. E：人體由蒸發所散失之熱.

(30) 由上述熱平衡理論，應用於在評估人體舒適度時，係用代謝當量(Metabolic Equivalent of Task ，MET)作為總和值(交換熱部分，亦即新陳代謝率)，1 MET 經過換算後，約等於人體每平方公尺，散失 58.2 瓦。表 2-5 常見活動代謝量活動項目. 新陳代謝率. 睡覺. 40w/m^2. 0.69 MET. 坐著休息. 55w/m^2. 0.95 MET. 行走(2km/h). 110w/m^2. 1.9 MET. 跑步(15km/h). 550w/m^2. 9.5 MET. 6. 衣著量衣著量是人在熱環境之中，最簡易的自我調適因子，透過不同材質、剪裁的衣著改變，來獲得較佳的溫度體驗。不同衣著之間有著不一樣的衣服熱阻(Icl)，是部分熱舒適度模型進行計算時，所涵蓋的變數之一，常見的衣物熱阻值如表 2-6 所示：表 2-6 常見衣物 clo 值衣服種類. Icl clo(著衣熱阻單位). m^2k/w. 短內褲、T-shirt、薄襪、涼鞋. 約 0.3. 0.050. 短襯衫、輕薄長褲、鞋子. 約 0.5. 0.080. 襯裙、褲襪、短裙. 約 0.7. 0.105. 襯衫、長褲、襪子. 約 0.7. 0.110. (二) 評估指標 1. 台灣舒適度分級我國交通部中央氣象局每日皆會針對各地區，發布天氣預報與舒適度指數，其係根據溫度、濕度等條件與人體熱平衡的關係計算的結果。在該舒適度計算(式 2-6)中，將指數劃分為六個等級，即指數 10 以下為非常寒冷、指數 11 至 15 為寒冷、指數 16 至 19 為稍有寒意、指數 20 至 26 為舒適、指數 27 至 31 為悶熱及指數 31 以上為易中暑等六類。. ------------------式 2- 6. Ta：室外平均溫度(℃). Tb：露點溫度(℃) 2-11.

(31) 表 2-7 台灣舒適度等級 <10 非常寒冷. 11-15 寒冷. 16-19 稍有寒意. 20-26 舒適. 27-31 悶熱. >31 易中暑. 2. PMV (Predicted Mean Vote)&PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) PMV 是由丹麥學者 P.O. Fanger 教授於 1972 年所發表之人體熱平衡評估指數 (Fanger，1972)，該指數用來表示人體對於環境中冷、熱的感受。並以 PPD(預測不滿意百分率)，表示在該 PMV 舒適指標中，有多少百分比的人感到不舒適。PMV 將熱舒適性程度分為 7 個區間(表 2-8)，對應了人體對於熱環境的感受程度。. -式 2- 7 表 2-8 PMV 標準等級表參數項目. PMV 值. 主觀等級. M：基礎代謝率(w/m^2). -3. 冷. W：人體對外有效做功(w/m^2). -2. 涼. Ta：空氣溫度(℃). -1. 稍涼. Pa：水的蒸氣分壓(Pa). 0. 舒適. fcl：衣服表面積係數. 1. 稍暖. Icl：衣服熱阻(m^2k/w). 2. 暖. tr：平均輻射溫度(℃). 3. 熱. tcl：衣服表面溫度(℃) hc：對流熱傳播係數 3. WBGT(Wet Bulb Globe Temperature) 綜合溫度熱指數(WBGT)起源自 1950 年代，最早運用於美國軍事訓練時，避免士兵中暑身亡而發展之指標 (Grahame M. ，2008) ，由乾球溫度 (Dry Bulb Temperature)、濕球溫度(Wet Bulb Temperature)、黑球溫度(Globe Temperature)三項數值計算得出，在 1989 年時，ISO 增加考慮熱環境因素後，將其建議為：「評量勞工在高溫工作環境下的安全指標(ISO7243，1989)」。. 2-12.

(32) 其計算方式依環境條件，分戶內與戶外兩種，並載明於我國「高溫作業勞工作息時間標準」，同時也是現今國內外熱環境研究人員，現今最通用之指標。 (1) 戶內或戶外無日曬時：綜合溫度熱指數(WGBT)＝ 0.7 × Tw＋ 0.3 ×Tg----------------------------------式 2- 8 (2) 戶外有日曬時：綜合溫度熱指數(WGBT)＝ 0.7 × Tw＋ 0.2 × Tg＋ 0.1 × Td-------------------式 2- 9 Tw:濕球溫度(℃). Tg：黑球溫度(℃). Td：乾球溫度(℃). 4. TWL(Thermal Work Limit) 熱工作極限指標(Thermal Work Limit, TWL )是在 1997 年，由 Dr. Graham Bates 和 Dr. Derrick Brake 所提出。他們認為，雖然 WBGT 廣泛的被認可，並運用在多個國家、多種行業之中，但是 WBGT 顯然忽略了風和人體代謝率的影響，這對於高溫溼熱的國家而言，在實質產業面上並不全然的迎合使用需求，因此在澳洲、阿布達比等國家，現多以 TWL 所制定之指標，作為熱舒適環境評估之指標。 5. 村上評價指標由村上周三博士所提出的風環境評估系統，針對已經創建的居民意識調查結果之中，輔以實際測量結果，所擬訂出的評估系統(高森浩治、西村宏昭，2006； AGC アメニテック株式会社，http://cae.agac.co.jp/contents/material/material_12.html)。. 該系統將風環境影響程度分為三個等級，超出此三等級，即為可能出現危險的地區；而指標中除了列出相對應的敏感地區，也提出了在不同敏感地區，可以容受的強風頻率(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)。舉例而言，在商店街地區，每日最大瞬間風速 10 m/s、最大平均風速(最大瞬間風速/陣風係數(GF3 ))，不應該超過全年 10%(37 天)。. 3. GF：陣風係數，用以表示風速的變化輛，每日最大瞬間風速與 10 分鐘內平均風速之比值。 2-13.

(33) 表 2-9 村上風環境評價等級可容許的風影響程度每日最大瞬間風速(m/s) 受風影響程度. Lv.1 最敏感地區. 可能影響地點. 10 15 20 每日最大平均風速(m/s). 商店街、室外餐廳. 10/GF. 15/GF. 20/GF. 10%. 0.9%. 0.08%. 37 天. 3天. 0.3 天. Lv.2 敏感地區. 住宅、公園. 22% 80 天. 3.6% 13 天. 0.6% 2天. Lv.3 相對平穩地區. 辦公區. 35% 128 天. 7% 26 天. 1.5% 5天. 陣風因子會因為地點不同而有所差異。在人口密集的都市地區，雖然風強度變化大，但平均風速不高，因此 GF 值約為 2.5-3；一般都市地區約 2.0-2.5；風速較大地區(如高層建築)，GF 值則為 1.5-2.0。 6. 香港氣候規劃分區與風環境要求香港是一個密集的城市，近年的都市高溫化與屏風樓現象，使得港府在「香港規劃標準與指引」之中，特別重視都市環境的協調。香港規劃署委託學術單位與工程顧問公司，參考德國斯圖加、日本東京等城市經驗，根據都市氣候資料、熱負荷、風流通潛力特性等因子，制訂出「都市氣候規劃建議圖」，而這些規劃建議面向，包括了建築物體積、建築物高度、建築物地面覆蓋率、綠化覆蓋率、城市和建築物的透風度、風道和通風廊等。而除了氣候規劃分區的劃定外，香港也針對風環境擬訂了參考標準值(表)，這些規劃建議已有部分內容，被港府納入「香港規劃標準與準則」的第十一章「城市設計指引」，成為具有強制效果的官方指標與準則。表 2-10 香港風環境建議值(香港中文大學，2006) 評估地區內 80%的測試點. 評估地區內 95%的測試點. 全年每小時平均風速的中位數＞＝1 全年每小時平均風速的中位數＞＝0.6 m/s ；夏季每小時平均風速的中位數米/秒；夏季每小時平均風速的中位數＞＞＝1 米/秒。. ＝0.6 米/秒。. 2-14.

(34) 圖 2- 5 東京實施降溫措施區位圖 (香港中文大學，2006). 圖 2- 6 香港都市氣候分析圖 (香港中文大學，2006). 都市氣候分析圖. 都市氣候規劃分區. 應用. 細部研究. 都市土地分區劃定. 圖 2- 7. 微氣候(高溫化) 、空氣流通評估. 香港都市氣候規劃分區規劃及運用流程. 表 2-11 香港都市氣候規劃分區建議(香港中文大學，2006) 策略規劃建議都市氣候規劃分區 1 此區域大部分地方均被自然植被所覆蓋，有重要氣候價值，應盡可能予以保存、不宜進行發展。在指明的自然地區範圍外，可准許進行小型而又必需的發展專案，但須遵循以下建議： (a) 避免對該區域現有的都市氣候特性產生影響； (b) 儘量增加綠化及開敞空間； (c) 儘量減少人工鋪面。都市氣候規劃分區 2 主要位於市區邊緣或郊區，以城市熱舒適度而言，此分區整體的都市氣候特性應盡可能予以維持。 1. 區域內應維持較小的建築物體積，增加開放空間和綠化比例。 2. 新的低密度個別發展應遵循以下建議： 2-15.

(35) (a) 體積小的建築物並順應盛行風向排列； (b) 低建蔽率以免妨礙空氣流通； (c) 儘量增加綠化空間。都市氣候規劃分區 3 主要位於市區邊緣或低密度發展地區，應盡可能鼓勵實施紓緩措施。規劃建議如下： 1. 以下條件可以容許額外的發展： (a) 建築物體積和綠化率，進行過都市氣候評估者； (b) 新建築物排列要順應盛行風的方向； (c) 減低建蔽率並增加綠化於單一基地內和鄰接街道。都市氣候規劃分區 4 此分區為已密集發展的地方，熱負荷高且風流通潛力低，建議必須實施緩減措施。規劃建議如下： 1. 應盡可能保留風道/通風廊及低矮、低密度的「政府、機構或社區設施」用地。 2. 應增加街道及開放空間的綠化。 3. 除非有適當的緩減措施，不應批准進一步的發展。適當的緩減措施包括： (a) 減低建蔽率以平衡因建築物體積增加之影響； (b) 保持現有風道並在可行的範圍內建立新的風道； (c) 建築物的排列應配合盛行風的方向； (d) 基地內儘量增加綠化。都市氣候規劃分區 5 此分區為高密度發展的地方，熱負荷非常高而風流通潛力較低，嚴重影響熱舒適度，建議務必實施緩減措施。規劃建議如下： 1. 應避免增加「政府、機構或社區設施」用地的建築密度，並有必要增加或加強綠化。 2. 建議必要增加分區內開放空間及街道的綠化和植樹。強烈建議加強「休憩用地」地帶的綠化。 3. 應藉以下途徑改善現時的都市環境： (a) 確立、順應、擴闊和加強現有風道； (b) 建立新的風道； (c) 減低建蔽率，狹窄街道旁的建築物應向後退入，建築物的長臨街面應順應盛行風的方向； (d) 在發展和重建時儘量增加地盤的綠化。 4. 除非有非常重要的理由和適當的緩減措施，否則不建議進一步把土地利用密集化、增加建築物體積和地面覆蓋率。. 2-16.

(36) 表 2- 12 香港都市氣候規劃分區分類. (三) 都市環境舒適度相關研究在現有的相關研究之中，都市環境的舒適性程度，大概會受到數點因素影響，如街道高寬比(街道峽谷)的差異、綠化、水域的有無，又或者是人行道設計的細部層面。 Johansson 於摩洛哥(乾熱氣候區)比較了不同街道高寬比的街道環境，研究中顯示白天時街道高寬比大的區域氣溫較低，且其夏季平均溫度較街道高寬比小的區域低 6K，舒適性也是街道高寬比大的區域明顯較佳(Johansson，2006)。此外，於以色列(乾燥地區)數個街道實測數據中得出街道高溫化是沙漠氣候夜間普遍的現象，然而緊密街道峽谷(compact canyon)的型態卻因為能提供較多陰影及降低輻射熱得等因素，成為了都市較低溫區域，並且在冬季夜間因為可以有效阻擋強風而能夠提供較溫暖的環境(Pearlmutter et al，1999)。從綠化因子的觀點加以探討，有關綠化造成都市街道的夏季降溫效果的研究指出：「絕大部分的街道綠化對於降低溫度有顯著的效果」，因此在林蔭大道上所測得的氣溫相較於周圍地區約低了-0.5K(Shashua-Bar and Hoffman，2000)。Taha 則認為增加地表反射率與綠覆率將有助於降低熱島效應，顯示都市地表的材料與街道高溫化相關性極高(Taha，1997)。. 2-17.

(37) 也有學者提出以都市水域，作為有效調節都市微氣候的具體方案。依據其研究成果，在面積 18000 平方公尺(即長約 100 公尺、寬約 180 公尺)，集中的水域影響下，距離水域空間 10~30 公尺之範圍內，熱環境舒適度多呈現正面之感受，距離 50 公尺以上，則開始呈現負面之感受，而細長型的水域如河川，則沒有上述的舒適條件的適用(邱英浩，2009)。謝俊民等人從人行道設計方案的比較，指出熱舒適度的改善主要受遮陰效果的影響，而植栽有固定樹距陰影不能連續，降溫效果並無遮棚陰影顯著(謝俊民、劉怡欣、戴婷婷，2012)。表 2-13 都市街道舒適性因子文獻整理表影響都市街道舒適性因子. 對本研究之反饋街道高寬比大、通風效果佳，可能有較佳的舒適. 街道型態. 綠化、水域人行道設計. 度；狹窄的街道雖然通風效果差，但建築陰影能降低街道溫度，因此在計算最終的舒適度時，需計算不同因素的複合結果，找出較為平衡的設計方案。綠化與都市水域，皆是能有助於都市降溫、獲得較佳舒適度的有效方案，然而其影響範圍有限。熱舒適度的改善主要受遮陰效果的影響，植栽降溫效果並無人工遮棚陰影顯著。. 彙整過往文獻之論述，可以發現有關都市環境的環境舒適度層面，主要是由於都市熱島效應，所引起的都市高溫化課題所組成。而都市風場環境之改善措施，則常被視為「改善高溫化的衍生策略」而加以論述，如都市風廊、街道峽谷的行人風等等。而在過去的文獻之中，由於研究的問題意識，以及研究實測設計之不同，多是以單一街道作為研究地區；在單一街道之中，討論街道型態、街道尺度、綠化表現、水域因子、遮蔭條件等不同條件之影響程度，再以既有的評估指標如 MRT、 WBGT 表達都市環境的優劣；更進一步則如香港的都市氣候規劃分區，將其相關表現制度化，容納於法規的規劃設計規則之中，達成規劃上的強制力。本研究期望能在過往的基礎之上，由線狀範圍的都市環境討論，進一步推行至面狀範圍，將研究地區擴大為擁有四個社區群的大街廓，除了能有更貼切社區開發案的對照案例之外，對於未來社區規劃考量、都市設計面向，也能夠有全面性、整體性的參考基準。. 2-18.