中 華 大 學 碩 士 論 文
新竹地區街屋立面開口部採光模擬與分析
The simulation and analyses of the daylighting from the opening of town-house elevation in Hsinchu Area
系 所 別：建築與都市計畫學系 學號姓名：M09505026 吳家安 指導教授：陳天佑 副教授
中華民國九十七年七月
中文摘要
校所名稱：中華大學建築與都市計畫研究所碩士班 論文名稱：新竹地區街屋立面開口部採光模擬與分析
畢業時間：2008 年(九十六學年度第二學期碩士學位論文摘要)
研究生姓名：吳家安 指導教授：陳天佑
論文摘要：
光是建築環境中重要的組成部分，擁有良好的採光設計，可以提高建築物內 部，使用上的舒適度，並且能夠減少照明與空調的耗能，本研究針對新竹地區街 屋立面開口部，所對應的內部空間光環境影響，作為出發點，藉由文獻回顧的方 式，對於過去街屋立面形式風格演進，作一資料統整，運用 Ecotect 軟體，針對不 同時期，選擇其中各具代表性的立面開口部，進行模擬與分析，並且搭配 Radiance 彩現軟體，演算出模擬圖像資料，就所得圖像資料，作一連貫性的資料統整及光 環境的模擬結果分析比較，進而探討不同時期，各具代表性之立面開口部，在受 到自然照明之下，內部空間光環境會有何變化，並呈現出何種光環境氛圍，藉由 這樣的一個研究過程，期望從中能導引出，有助於國內近幾年來盛行的綠建築設 計風潮，對於物理環境設計部分，能夠有另一型態的操作模式，進而提升國內建 築設計業界，在設計階段初期，對於自然環境掌控上的不確定性，提供一有效的 輔助設計工具。
【關鍵詞】：街屋立面、光環境、電腦模擬
The simulation and analyses of the daylighting from the opening of town-house elevation in Hsinchu Area
Student：Chia-An Wu Advisor：Tian-Yow Chen Abstract
Light is an important part of building environment that a good daylighting design could enhance the comfort in the uses of the interior of building and reduce the energy consumption from illumination and air conditioners. Starting from the effects of the opening of town-house elevation on the light environment of interior space in Hsinchu Area, the author re-organized the data of the evolution of forms and style of the past town-houses through literature reviews. The research also included already completed connective houses cases in Hsinchu Area into the subjects of the research. The author used Ecotect software to implement simulation and analyses by choosing the representative opening of elevation in different periods. With the help of rendering software, Radiance, the author calculated simulated image data and conducted a continual data re-organization on the base of data before analyzed and compared the results of simulation of light environment. Furthermore, the author explored the changes and the atmosphere of light environment in the interior space of the openings of individual representative elevations under natural illumination in different periods. By means of such a research process, it is hoped that the research could usher in a new wave of green building designs that have been already popular in Taiwan in recent years.
Regarding the design of physical environment, the author also hopes that there will be a new type of operation model that will enhance construction and design industries in controlling the uncertainty of natural environment in the early stage of design by providing an effective tool of computer aided design.
【Keywords】: town-house elevation,lighting environment,computer simulation
章節目錄
中英文摘要 謝誌
章節目錄 表目錄 圖目錄
第一章 緒論
... 1第一節 研究動機與目的 ... 1
一、 研究動機 ... 1
二、 研究目的 ... 2
第二節 研究範圍與內容 ... 3
一、 研究範圍界定 ... 3
二、 研究內容探討 ... 4
第三節 研究方法與流程 ... 5
一、 研究方法 ... 5
二、 研究流程 ... 6
第二章 文獻回顧與評析
... 7第一節 相關研究面向探討 ... 7
一、 街屋立面相關研究 ... 7
二、 電腦模擬相關研究 ... 8
第二節 光環境概述 ... 10
一、 光學名詞定義 ... 10
二、 採光設計相關資料 ... 12
第三節 街屋的定義 ... 13
一、 何謂街屋 ... 13
二、 街屋立面樣式 ... 14
第四節 電腦模擬軟體選用 ... 15
一、 耗能模擬軟體比較 ... 15
二、 Ecotect 簡介 ... 16
三、 Ecotect 的特點和應用 ... 16
四、 Radiance 簡介 ... 17
第五節 小結 ... 18
第三章 建築立面開口部採光模擬方法之建構
... 19第一節 模擬方法與流程 ... 19
一、 模擬案例說明 ... 19
二、 模擬分析內容 ... 21
三、 模擬流程架構 ... 22
四、 模擬限制與條件 ... 24
第二節 模擬操作之建立 ... 25
一、 模擬操作流程 ... 25
二、 模擬操作設定 ... 27
第三節 小結 ... 30
第四章 建築立面開口部採光模擬分析
... 31第一節 模擬基本參數設定 ... 31
一、 太陽高度角及方位角設定(經度/緯度) ... 31
二、 台灣節氣 ... 32
三、 時辰(日照時間) ... 32
第二節 模擬樣本取樣 ... 33
一、 取樣地區 ... 33
二、 街屋立面歷史變遷取樣列表 ... 35
第三節 樣本採光模擬分析 ... 37
一、 樣本 1 模擬分析 ... 37
二、 樣本 1 對應座向模擬分析 ... 43
三、 樣本 2 模擬分析 ... 46
四、 樣本 2 對應座向模擬分析 ... 52
五、 樣本 3 模擬分析 ... 55
六、 樣本 3 對應座向模擬分析 ... 61
第四節 小結 ... 64
第五章 結論與建議
... 69第一節 結論 ... 69
一、 街屋立面開口部採光效率結果 ... 69
二、 街屋立面開口部內部採光成像表現 ... 70
第二節 建議及後續研究 ... 72
一、 研究建議 ... 72
二、 後續研究 ... 73
三、 後續研究初步成果 ... 78
參考文獻
... Ref 1附錄
... App 1 附錄一 北門街立面樣式調查 ... App 1 附錄二 湖口老街立面樣式調查 ... App 3 附錄三 樣本 1 模擬圖像資料 ... App 7 附錄四 樣本 1 對應座向模擬圖像資料 ... App 10 附錄五 樣本 2 模擬圖像資料 ... App 13 附錄六 樣本 2 對應座向模擬圖像資料 ... App 16 附錄七 樣本 3 模擬圖像資料 ... App 19 附錄八 樣本 3 對應座向模擬圖像資料 ... App 22 附錄九 樣本 4 模擬圖像資料 ... App 25表目錄
表2 - 1 街屋立面相關研究著作 ... 7
表2 - 2 鄰棟建築遮蔽與節能效率之研究 ... 8
表2 - 3 被動式太陽能利用之陽光室空調負荷研究－以台大綠房子二樓陽光室為例 ... 9
表2 - 4 建築光環境的計算機模擬設計－閱覽室光環境的計算機模擬與實測分析 ... 9
表2 - 5 測試在阿拉伯聯合大公國的沙漠氣候中艾因大學設計工作室的眩光並提出改進 ... 9
表2 - 6 照度與亮度單位表 ... 11
表2 - 7 照度與亮度單位換算表 ... 11
表2 - 8 基準晝光率表 ... 12
表2 - 9 各種作業種類採光所需之晝光率 ... 12
表2 - 10 立面形式風格表 ... 14
表2 - 11 模擬工具分析比較表 ... 15
表3 - 1 模擬分析內容表 ... 21
表3 - 2 模擬流程內容說明表 ... 23
表3 - 3 模擬限制與條件說明表 ... 24
表3 - 4 電腦模擬操作設定表 ... 27
表4 - 1 台灣各地區經度/緯度表 ... 31
表4 - 2 節氣日期對照表 ... 32
表4 - 3 模擬樣本取樣列表 ... 35
表4 - 4 模擬樣本取樣結果表 ... 36
表4 - 5 樣本 1 模擬相關圖面及說明表 ... 37
表4 - 6 樣本 1 照度分析表 ... 38
表4 - 7 樣本 1 主觀亮度分析與數字化偽彩色分析表(夏至) ... 40
表4 - 8 樣本 1 主觀亮度分析與數字化偽彩色分析表(冬至) ... 41
表4 - 9 樣本 1 主觀亮度與等值輪廓面分析表 ... 42
表4 - 10 樣本 1 對應座向主觀亮度分析與數字化偽彩色分析表(夏至) ... 43
表4 - 11 樣本 1 對應座向主觀亮度分析與數字化偽彩色分析表(冬至) ... 44
表4 - 12 樣本 1 對應座向主觀亮度與等值輪廓面分析表 ... 45
表4 - 13 樣本 2 模擬相關圖面及說明表 ... 46
表4 - 14 樣本 2 照度分析表 ... 47
表4 - 15 樣本 2 主觀亮度分析與數字化偽彩色分析表(夏至) ... 49
表4 - 16 樣本 2 主觀亮度分析與數字化偽彩色分析表(冬至) ... 50
表4 - 17 樣本 2 主觀亮度與等值輪廓面分析表 ... 51
表4 - 18 樣本 2 對應座向主觀亮度分析與數字化偽彩色分析表(夏至) ... 52
表4 - 19 樣本 2 對應座向主觀亮度分析與數字化偽彩色分析表(冬至) ... 53
表4 - 20 樣本 2 對應座向主觀亮度與等值輪廓面分析表 ... 54
表4 - 21 樣本 3 模擬相關圖面及說明表 ... 55
表4 - 22 樣本 3 照度分析表 ... 56
表4 - 23 樣本 3 主觀亮度分析與數字化偽彩色分析表(夏至) ... 58
表4 - 24 樣本 3 主觀亮度分析與數字化偽彩色分析表(冬至) ... 59
表4 - 25 樣本 3 主觀亮度與等值輪廓面分析表 ... 60
表4 - 26 樣本 3 對應座向主觀亮度分析與數字化偽彩色分析表(夏至) ... 61
表4 - 27 樣本 3 對應座向主觀亮度分析與數字化偽彩色分析表(冬至) ... 62
表4 - 28 樣本 3 對應座向主觀亮度與等值輪廓面分析表 ... 63
表4 - 29 照度分析綜合比較表 ... 64
表4 - 30 光控照明節能分析綜合比較表 ... 65
表4 - 31 主觀亮度分析綜合比較表 ... 66
表4 - 32 數字化偽彩色分析綜合比較表 ... 67
表4 - 33 主觀亮度與等值輪廓面分析綜合比較表 ... 68
表5 - 1 整體採光成像表現比較表 ... 71
表5 - 2 新竹地區近代建築立面調查表 ... 73
表5 - 3 樣本 4 模擬相關圖面及說明表 ... 74
表5 - 4 樣本 4 照度分析表 ... 75
表5 - 5 樣本 4 主觀亮度分析與數字化偽彩色分析表 ... 77
圖目錄
圖1 - 1 研究流程圖 ... 6
圖2 - 1 光通量、發光強度、照度與亮度之關係 ... 10
圖2 - 2 街屋內部空間 ... 13
圖2 - 3 街屋立面及騎樓 ... 13
圖2 - 4 牌樓厝 ... 13
圖2 - 5 Ecotect 的界面 ... 16
圖2 - 6 Ecotect 在設計中的應用 ... 17
圖2 - 7 Desktop Radiance ... 17
圖2 - 8 Radiance 的彩現圖像 ... 17
圖3 - 1 操作方法架構圖 ... 20
圖3 - 2 模擬流程架構圖 ... 22
圖3 - 3 模擬操作流程圖 ... 26
圖4 - 1 時辰對照圖 ... 32
圖4 - 2 北門街地理資訊圖 ... 33
圖4 - 3 湖口老街地理資訊圖 ... 34
圖4 - 4 樣本 1 光控照明節能分析圖 ... 39
圖4 - 5 樣本 2 光控照明節能分析圖 ... 48
圖4 - 6 樣本 3 光控照明節能分析圖 ... 57
圖5 - 1 照度分析綜合比較折線圖 ... 69
圖5 - 2 光控照明節能分析綜合比較折線圖 ... 70
圖5 - 3 樣本 4 光控照明節能分析圖 ... 76
圖5 - 4 後續研究照度分析綜合比較折線圖 ... 78
圖5 - 5 後續研究光控照明節能分析綜合比較折線圖 ... 79
第一章 緒論
舒適的光環境對人實為重要，人眼只有在良好的採光環境之下才能有效的進 行視覺行為，然而在現今建築節約能源的意識逐漸抬頭，現代建築可以應用先進 技術得到理想的照明條件，但就節能與人的生理、心理角度出發，自然採光比人 工照明有更多的優點，然而建築物立面開口部，在建築物自然採光中扮演著的重 要的角色，本研究將就建築立面開口部對於自然採光的影響作為本研究的探討範 圍，並以電腦模擬的方式針對選樣案例進行開口部採光分析模擬。
第一節 研究動機與目的
一、研究動機
對於建築物來說，開口部有如人的靈魂之窗，扮演著自然環境與內部空間成 像及感知的中介角色，適當的開口部處理，影響著內部空間是否具備良好的採光 照明，這將有助於確保人們能夠進行正常的生活及達到心理上的舒適，並且能夠 提昇工作之效率；反之不良的照明環境，不但會造成工作情緒及居住時之不快，
甚至還會造成眼球之損害1。根據內政部營建署住宅類型統計資料中顯示，獨棟式 與連棟式住宅佔了絕大多數類型，又以五層樓以下為最，因而在這樣多數普遍的 建築類型中，立面開口部的樣式在受到外來殖民及時代變遷的影響之下，產生了 不同階段性的樣式演變，而早期歷史性街屋立面樣式較具統一性及樣式變遷的特 性，近代建築部分則較為多變且無統一標準，因而期望藉由本研究，探討不同時 期各具代表性之立面開口部，在受到自然採光之下，內部空間光環境會有何變化，
並呈現出何種光環境氛圍，且隨著科技的進步，許多先進國家相繼採用電腦耗能 分析程式來進行物理環境相關研究評估，因此在這樣的時空背景之下，試圖借助 電腦耗能分析程式，用以探討立面開口部樣式與採光之間的關係，故本研究主要 動機如下。
(一)各時期立面開口部採光優劣程度是否會有所不同？
由於立面開口部在受到不同時期的演變，建築樣式無形中影響到立面開口部 的相對位置及開口面積，因而在獲得自然採光這部份，有可能產生不同變化，然 而建築物理環境影響因子甚多的，本研究將主要探討的重點放在自然採光的影響
層面上，經由本研究將探討出各時期立面開口部採光優劣程度是否會有所不同。
(二)各時期立面開口部所對應的內部空間光環境成像效果為何?
立面開口部所對應的內部空間光環境的成像，在受到影響因子如座向方位、
開口部面積的差異，而產生出不同的視覺效果，而本研究試圖藉由電腦耗能分析 軟體，針對影響因子進行模擬，以求得各時期立面開口部所對應的內部空間光環 境成像效果。
(三)在設計階段初期該如何藉由模擬軟體預測及掌握立面開口部採光效能？
如果能在設計階段初期，事先能夠預測並且掌握實際自然採光的效能，將有 助於建築物在節能、日照環境及立面開口部樣式等，能夠做到全面性的檢討及細 部上之設計，進而大大節省建築設計上的工作時效，經由本研究將探討在設計階 段初期該如何藉由模擬軟體預測及掌握立面開口部採光效能。
二、研究目的
本研究目的在於探討不同時期各具代表性之立面開口部，在受到自然採光影 響之下，內部空間採光優劣程度是否會有所不同，並呈現出何種光環境氛圍，主 要研究範圍以新竹地區街屋立面開口部為主，搭配電腦輔助模擬軟體Ecotect 進行 數值模擬計算，進而就所得的結果數值及模擬影像進行一連貫性的資料統整與分 析，主要研究目的歸納如下。
(一)探討各時期街屋立面開口部採光優劣程度
藉由研究過程中，探討出各時期立面開口部採光優劣程度，以提供建築設計 業界，對於立面開口部自然採光此範疇，能夠有一參考的指標依據，進而使其能 夠延伸至近代建築的操作層面上，以提高建築設計上的工作時效。
(二)探討各時期街屋立面所對應的內部空間光環境成像效果
嘗試以一種更為人所能感知及理解的方式，探討建築立面開口部受到自然採 光之後，其內部空間光環境的變化程度及效果，進而就所得結果數值及模擬影像 提出合理的比較分析，以不同的角度來探討傳統建築。
(三)建構出一套適用於設計階段初期檢視開口部採光設計的操作方法
國內近幾年來盛行綠建築設計的風潮，然而多數在設計階段初期對於自然環 境掌控上存在著些許的不確定性，因而期望藉由本研究能夠導引出另一型態的操 作及設計上的手法，以供設計業界作為參考。
第二節 研究範圍與內容
本研究主要目的是從傳統街屋立面開口部所對應的內部空間光環境中，依不 同時期各具代表性的立面開口部進行選樣，並藉由各項影響因子之設定，以電腦 模擬方式做一連貫性的採光模擬分析。
一、研究範圍界定
本研究主要以新竹市北區北門街、新竹縣湖口鄉湖口老街作為研究地區，北 門街為新竹市歷史最悠久的街道，是新竹最早的商業街，而湖口老街則是洋樓式 中保存最具完整之實例，因而選擇此兩區作為研究地區有其重要的指標性，而在 相關研究範圍的界定上，又分為空間範圍、時間範圍、變因範圍等，分項說明如 下。
(一)空間範圍
以新竹縣市地區作為研究地理位置，以台灣本島所處的經緯度，選擇新竹市(經 度λ=120°57'、緯度 φ=24°46')、新竹縣(經度 λ=121°10'、緯度 φ=24°41')，作為基本 參數設定，並對北門街及湖口老街的街屋立面開口部進行選樣，以作為本研究的 範圍，後續則進行Ecotect 採光模擬分析等實證部分。
(二)時間範圍
在時間範圍上，將以節氣及時辰作為模擬數值，節氣部份以夏至(6 月 22 日)、
冬至(12 月 22 日)兩大重要節氣為主，而在日照時數上，由巳時(9：00~11：00)至 申時(15：00~17：00)為止，每 2 小時進行數值模擬，分別為 9：00、11：00、13：
00、15：00、17：00 共 5 個模擬時間點。
(三)變因範圍
在變因範圍部分，由於街屋受限於都市紋理上的街道走向，所以在座向方位 此變因中無統一的標準模式，但不變的是皆以沿街道兩側相對應而建構，因此在 針對一立面開口部進行模擬時，將以實際案例所處環境現況進行模擬，並針對所 對應的座向方位再進行一次模擬，以達到更客觀的研究。
二、研究內容探討
本研究依選樣所挑選出的各時期代表性之街屋立面開口部樣式，藉由電腦模 擬軟體Ecotect 及 Radiance 彩現輸出分析軟體，分別進行採光分析(Lighting Analysis)、光控照明節能分析(Photoelectric and Daylight)、主觀亮度分析(Human Sensitivity)、數字化偽彩色分析(False color)，以解析內部空間光環境的變化程度與 效果，進而就所得結果數值及模擬影像，提出合理的比較分析。歸納出主要的研 究內容項目如下：
(一)研究對象選樣
主要以新竹縣市地區歷史性街屋立面開口部作為取樣樣本，研究的建築型態 則以傳統式街屋住宅正立面為研究面向，並且將依據相關文獻就不同時期立面開 口部演進以時間列表方式歸納，並根據所歸納出的時期及樣式選取較具代表性之 樣本，進行採光分析之模擬，然而在建築形式風格上並非本研究所要關注的面向，
因此只會概略性的介紹。
(二)影響因子界定
主要藉由相關文獻擬訂出本研究所需的基本參數資料，如座向方位、經緯度、
台灣節氣、時辰(時間)等，座向方位將以實際案例所處環境現況及相對應座向方位 進行模擬，經緯度則分別為新竹市(經度 λ=120°57'、緯度 φ=24°46')、新竹縣(經度 λ=121°10'、緯度 φ=24°41')，節氣部份以夏至(6 月 22 日)、冬至(12 月 22 日)兩大重 要節氣為主；而在時辰(時間)上，由巳時(9：00~11：00)至申時(15：00~17：00)為 止，每2 小時進行數值模擬，分別為 9：00、11：00、13：00、15：00、17：00 共5 個模擬時間點。
(三)電腦模擬
Ecotect 作業部分將就所得資料如開口方式、座向方位、節氣及日射時間進行 電子檔轉換及參數設定，模擬項目為採光分析(Lighting Analysis)、光控照明節能分 析(Photoelectric and Daylight)，而 Radiance 作業部分則為主觀亮度分析(Human Sensitivity)、數字化偽彩色分析(False color)，於上述兩電腦模擬作業完成之後，將 演算出相關的數值圖像資料。
(四)模擬成果彙整
將電腦模擬分析出來之數值及圖像資料進行彙整，在數值部分由採光分析 (Lighting Analysis)及光控照明節能分析(Photoelectric and Daylight)所產生，分別為 照度及全天採光時間百分比，而圖像部分則由主觀亮度分析(Human Sensitivity)及 數字化偽彩色分析(False color)所產生，皆為圖像式的呈現方式，最後將數值及圖 像資料進行相互參照，並且進行比較分析與歸納說明，從中判斷其優劣程度及光 環境成像表現。
第三節 研究方法與流程
本研究以電腦模擬為預測與分析工具，以探討建築立面開口部受到自然採光 之後，其內部空間光環境的變化程度及光環境成像表現，進而就所得結果數值及 模擬影像提出合理的比較分析。但由於人力、時間限制及電腦模擬程式複雜度，
無法一一將所有影響因子納入，因此主要重點放在建築設計階段，較易掌握的影 響變因上。
一、研究方法
本研究的方法主要分為，文獻回顧法、模擬法、比較分析法三個部分，經由 相關文獻歸納出研究樣本的時期及樣式，並運用電腦模擬針對樣本加以實驗分析，
以求得數值及圖像資料，最後進行比較分析與歸納說明。研究方法列舉如下：
(一)文獻回顧法
依據研究目的，文獻回顧可分為四部分：一是就相關研究面向進行探討，二 是光學名詞定義及採光設計資料的描述，三是街屋的定義及立面樣式的解析，四 是電腦模擬工具的比較及開發背景跟特性說明。
(二)模擬法
本研究針對北門街及湖口老街的街屋立面開口部作為研究範圍，進行Ecotect 採光模擬分析及Radiance 彩現軟體等實證部分，並以夏至及冬至的 9：00、11：
00、13：00、15：00、17：00 共 5 個模擬時間點進行模擬。
(三)比較分析法
將電腦模擬所求得之採光分析圖、光控照明節能數值圖、主觀亮度分析圖、
數字化偽彩色分析圖等，進行相互參照，並且加以比較分析與歸納說明，從中判
二、研究流程
根據上述章節整理研究流程如圖1-1 所示，而本研究之架構流程主要分為問題 界定、理論解析、方法建構、實證操作，最後提出本研究之結論與建議。
結 論 建 議 實 證 操 作 方 法 建 構 理 論 解 析 問 題 界 定
研究動機與目的
研究範圍與內容
研究方法與流程
相關文獻回顧
光環境概述 街屋樣式解析 模擬軟體探討
案例選取條件說明
模擬限制與條件
ECOTECT電腦模擬法系統之建立
建築立面開口部採光模擬分析
比較分析
結論與建議 第一章
第二章
第三章
第四章
第五章
模擬參數設定
模擬樣本取樣
圖1 - 1 研究流程圖
第二章 文獻回顧與評析
本章將整理過去街屋立面開口部與自然採光相關研究文獻，界定本研究在街 屋立面開口部所要探討的研究範圍，而本章主要可分為相關研究面向探討、光環 境概述、街屋的定義、電腦模擬軟體選用等，並於最後小結部分整理出綜合性的 評述以作為後續研究之依據。
第一節 相關研究面向探討
本節將就國內外相關研究文獻，彙整出與本研究相關的研究面向，然而對於 建築物開口部的研究大致以立面修復保存、形式風格、空間特性、外部遮陽板、
自然通風換氣、室內溫熱環境及隔音性能等研究課題，只有少部分涉及到日照直 射光的範疇。
一、街屋立面相關研究
國內對於街屋立面的研究，主要以立面修復保存、形式風格及空間特性作為 主要研究課題，然而對於街屋立面所對應的內部空間光環境，研究層面似乎不多，
如表2-1 所示，而這更加確立筆者所研究的面向，有其研究的特殊性。
表2 - 1 街屋立面相關研究著作
作者 著作 內容
何心怡 (1992) 日治中期大溪三峽大稻埕街屋立面 研究
經 由 立 面 元 素 及 裝 飾 主題分析的方式，了解 三 個 地 區 在 風 格 上 的 差異。
林孜珊 (1999) 建築立面保存方法之探討─以新竹 市北門街為例
探 討 建 築 立 面 保 存 方 法，主要以補強修護方 法來保存建築立面。
文芸 (1999) 日治時期台北三市街店屋立面風格 之研究
探 討 店 屋 立 面 在 形 成 的 過 程 中 所 表 徵 出 的 文化、經濟、社會間的 互動意義，以從中理解 昔日殖民經驗之意識。
黃毓舜 (2002) 近代化後期街屋立面調查與維護策 略研擬以鹽水鎮中正路為例
經 由 街 屋 現 況 測 繪 分 析 與 視 覺 模 擬 的 過 程，對中正路街道空間 意 象 的 維 護 找 尋 可 能 的方法與策略。
作者 著作 內容
王素娟 (2003) 日治時期台灣洋樓住宅外廊立面形 式之研究
建 立 台 灣 洋 樓 現 況 基 礎資料，並探討日治時 期 台 灣 洋 樓 住 宅 外 廊 的 立 面 形 式 與 裝 飾 系 統。
王婷儀 (2005) 新化中正路老街街屋立面風格研究 探 討 新 化 中 正 路 老 街 街屋之立面風格。
張柔慧 (2006) 街屋與建築節能之關係研究
分 析 傳 統 街 屋 的 空 間 格 局 ， 從 現 今 建 築 節 能、生態建築的觀念，
及 誘 導 式 設 計 的 節 能 技術手法，尋找適合套 用 於 街 屋 式 建 築 的 技 術及手法。
陳韻筑 (2006)
日治時期河港與內陸聚落街屋立面 形式之比較探討－以彰化鹿港、田中 為例
探 討 河 港 聚 落 與 內 陸 聚落二者之間的「地方 特性」，其差異對於街 屋立面發展的影響。
二、電腦模擬相關研究
國內運用Ecotect 軟體，進行建築物物理環境相關驗證及設計的研究似乎不多，
換言之對於建築物立面開口部光環境的研究，更可說是少之又少，然而國外再運 用Ecotect 這方面，則較偏向驗證及設計適宜性修正等課題，以下就相關研究著作 歸納評析如表2-2、表 2-3、表 2-4、表 2-5、表 2-6 所示。
表2 - 2 鄰棟建築遮蔽與節能效率之研究
作者 洪得雄 (2006) 中國文化大學建築及都市計畫研究所碩士論文 著作 鄰棟建築遮蔽與節能效率之研究
內容
以 ENVLOAD 指標來檢視其建築外殼耗能，經由 Ecotect 電腦模擬 操作，求得建築群日射量分佈，以了解建築群對熱環境的影響，並 以實際案例來實證，最後參照《舊有建築物外殼遮陽節能改善工程 設計參考手冊》，進行檢驗及數值上的改善。
評析
對於研究輔助軟體選擇上皆為相同之工具，而所研究的對象為不同 的面向，研究中驗證參考依規以國內訂定條文為依據，進而探討其 偏差程度，這點值得筆者在日後做研究時，能夠自我檢視此層面的 探討。
表2 - 3 被動式太陽能利用之陽光室空調負荷研究－以台大綠房子二樓陽光室為例
作者 黃建勳 (2006) 國立台灣大學生物環境系統工程學研究所碩士論文 著作 被動式太陽能利用之陽光室空調負荷研究－以台大綠房子二樓陽光
室為例 內容
以准入係數法為基礎，利用Ecotect 軟體進行陽光室熱環境數值模擬 計算，並在「台大綠房子」建築陽光室中，於不同季節進行實際熱 環境測量，以與模擬計算比較。
評析
此篇著作說明研究對照組的重要性，一個好的研究方法有可能會產 生一些不可預知的盲點，如果能搭配著另一對照組的研究，則更可 以以較具有說服力的研究成果來完成研究最後的結論與建議部分。
表2 - 4 建築光環境的計算機模擬設計－閱覽室光環境的計算機模擬與實測分析
作者 趙蓓、余莊 (2003) 華中科技大學建築與城市規劃學院 中國建築學會2003 年學術年會暨學會成立 50 周年紀念
著作 建築光環境的計算機模擬設計－閱覽室光環境的計算機模擬與實測 分析
內容
運用Ecotect 作光環境的模擬研究，於研究中驗證出全雲天工作面模 擬照度與實測照度數值接近，差別約為 6%，誤差精度小於 10%，
說明著電腦模擬結果在全雲天情況下是可信的。
評析
從這樣一篇學會期刊中，得知對於利用Ecotect 軟體從事建築立面開 口部光環境的研究，在數值上有一定程度的可信度，因為其經過實 際驗證分析比較，所以對於本研究有輔助驗證效果，因而在進行 Ecotect 模擬時，所求得之數值較能夠達到可信的程度。
表2 - 5 測試在阿拉伯聯合大公國的沙漠氣候中艾因大學設計工作室的眩光並提出改進
作者 Khaled A. Al-Sallal (2007)
Renewable Energy, 32 (2007) P1033 – P1044
著作 Testing glare in universal space design studios in Al-Ain, UAE desert climate and proposed improvements
內容
這篇期刊研究主要在驗證使用反射光板減少眩光問題及重新分配天 光照射至設計工作室地板的研究，並且運用 Ecotect 與 Radiance 程 式進行參數設定上的模擬，好比對於演藝廳傾斜天花板的形式及位 置進行對眩光改善的微調設定。
評析
此篇期刊將Ecotect 與 Radiance 軟體搭配使用得非常完整且清楚，
對於所要研究對象確切產生的問題，能適當的運用軟體本身提供的 功能，使研究成果達到一定的可信程度，並且以參數設定的方式不 斷的修正，導引改善方案的進行，這無非不是一種模擬改善方案的
第二節 光環境概述
良好的光照環境是確保人們進行正常工作、學習與生活的必要條件，光照環 境的好壞與否對勞動生產率及視力健康都有直接影響，光照環境包含了採光與照 明兩大部分，採光即利用天空的光線，自然光經過建築的開口部對室內照明2。本 節將就光學名詞定義及採光設計相關資料進行說明。
一、光學名詞定義
一般而言，研究光利用之學問稱為「光照學」(illumination)或稱為「光照工學」
(illumination engineering)，其中之研究範圍則包括了利用太陽自然光線之「採光」
(day-lighting)，及利用人工光源之「照明」(lighting)兩種；前者又稱為「自然照明」
或「晝光照明」，後者又稱為「人工照明」，前者又可稱「採光」；後者可稱「照明」
3。而在後續模擬分析階段時，將以自然照明為光源的設定。
(一)光通量(F)
輻射通量若以標準視能度視覺所測得之量稱為「光通量」(luminous flux)，亦 為光度對立體角之累計總和，以F 表示之，其單位為流明(lumen，lm)。光通量係 表示光量通過之程度，故也稱為「光束」，一般則俗稱為「光線」 (陳啓中, 2006)。
Idω ... (方程式 2 - 1)
或 F ... (方程式 2 - 2)
式中F=光通量；方程式 2-2 式中，若ω=1 時則 F=1，因此若ω=1 時，其光通量即 與光度之值相同。
圖2 - 1 光通量、發光強度、照度與亮度之關係 引用 (石暁蔚, 2004)
2江哲銘 (2005.8) 建築物理。台北：三民。P175
3陳啟中 (2006.3) 建築物理概論。台北：詹氏。P139
(二)照度(E)
被照面單位面積所接受之光通量大小則稱為「照度」(illuminance)，以 E 表示 之，單位為勒克斯(lx，lm/m2)及英制之 ftc(lm/ft2)，計算式如方程式 2-3 (陳啓中, 2006)。
F ... (方程式 2 - 3)
式中F=光通量；A=受照面積 (三)亮度(B)
人眼之所以能觀看到物體，乃是因為光源照射物體後經由物體反射光線之故，
因此人眼所看到的光線為物體的「亮度」(brightness，或稱為輝度)。亮度的定義則 為某光源面或受光後之反射面，對人眼方向每單位面積投射之光度大小，其單位 為nt(cd/m2)或 sb(cd/cm2)，其計算式如方程式 2-4 (陳啓中, 2006)。
B I ... (方程式 2 - 4)
式中B =與光源法線成 θ 角度之亮度；I =與光源法線成 θ 角度之光度
=光源之全面積
方程式2-5 中若欲求得某方向光源面之亮度時，則：
B I ... (方程式 2 - 5)
式中 =光源之投影面積或視面積
表2 - 6 照度與亮度單位表
照度 亮度
公制單位：lm/m2 = Lux (lx) 英制單位：lm/ft2 = Footcandles (fc)
公制單位：cd/m2 (nt)
英制單位：1/π cd/ft2 = Footlambert (fL)
表2 - 7 照度與亮度單位換算表
照度 Lux Footcandles Lux (lx)
Footcandles (fc)
1 0.0929 10.76 1 亮度 cd/m2 (nit) Footlambert Candela(cd/m2) (nit)
Footlambert (fL)
1 0.2919 3.426 1
引用 (石暁蔚, 2004)
二、採光設計相關資料
本節僅就建築立面開口部於採光條件之下，內部光環境的所需相關條件資料 進行彙整，以利後續電腦模擬之參數設定。
(一)基準晝光率
晝光光源因受氣候及環境之影響其變化情形相當大，故通常不易獲得均一之 照度，因此於一般採光設計時應採用較高之標準，依室內工作種類、目的之不同 分類如表2-8 所示4。
表2 - 8 基準晝光率表
作業種類 晝光率
(%)
照度值(lx) 晴天 半陰天 陰天
鐘錶、手術室 10 3000 1500 500
縫紉、繪圖、精密工作 5 1400 700 250
長時間閱讀、一般繪圖打字、齒科診所 3 900 450 150
閱覽、辦公室、教室、診所 2 600 300 100
會議室、講堂、體育館、一般病房 1.5 450 225 75
展覽室、書庫、車庫 1 300 150 70
住宅餐廳、起居室 0.7 210 105 35
走廊、樓梯、倉庫 0.5 150 75 25
儲藏室、大型倉庫 0.2 60 30 10
表格整理參考 (陳啓中, 2006)
(二)最適晝光照度
依工作性質不同，最適照度亦有所差異，而表2-9 為各種工作種類白晝間之最 適照度值表。
表2 - 9 各種作業種類採光所需之晝光率
工作種類 適當範圍
lx
最適照度 lx
晝光度
% 超精密 精密儀器作業、鐘錶、儀器檢驗、特
殊紡織等 5000~1000 2000 10~20
精密 機械工、車床工、金屬檢驗、印刷、
紡織工廠等 1000~500 1000 5~10
普通 學校教室、製圖室、閱覽室、打字室
等 500~200 500 2.5~5.0
粗 製鋼及其他爐、窯場、木工場等 ─ 100 0.5~1.0
表格整理參考 (江哲銘, 2005)
4陳啟中 (2006.3) 建築物理概論。台北：詹氏。P177
第三節 街屋的定義
本節將針對本研究的研究對象，街屋，做名詞上的定義及風格樣式的探討，
以作為後續進行樣本選樣時的參考依據。
一、何謂街屋
台灣早期城市與鄉村住宅格局有所不同，鄉村多為合院式，而城市多採沿街 道所建的長條式街屋。
街屋(手巾寮、店屋、竹筒屋、透天厝、柴欄厝)一種狹長式的市街商店住宅，
清代石碑可見到較古之名稱「店屋」。其特色是左右兩戶共用壁體，屋內平面僅一 開間寬，約一丈六尺或一丈八尺，但是進深很長，可以多達三進或四進以上，因 此匠師又稱為「手巾寮」，廣東話稱為「竹筒屋」，又因每棟均有獨自向上發展的 空間，所以稱「透天厝」。福州稱作「柴欄厝」，其長形街屋，寬3~5 公尺，深度 約為寬度的二到三倍。其前臨街道的前廳為做生意之處，後邊為住家，為了增加 使用空間，常起樓房，或做夾層半樓，為儲物室或臥室使用5。
圖2 - 2 街屋內部空間 引用 (李乾朗, 2003)
圖2 - 3 街屋立面及騎樓 引用 (李乾朗, 2003) 圖 2 - 4 牌樓厝 引用 (李乾朗, 2003)
二、街屋立面樣式
街屋以臨街的店面空間為重點，其外觀形式隨著各時期的建築風格，而有顯 著的差別。做生意的特別講究門面，不過早期的街屋立面較統一，差異性不大，
愈到後期愈強調獨特性，且將店名匾或堂號與立面結合，生動有趣。街屋的立面 形式依興建的時代大致有四種風格如表2-10 所示 (李乾朗、俞怡萍, 1999)。
表2 - 10 立面形式風格表
年代 樣式 特色
清末以前
傳統的閩南粵東式
磚木結構，紅瓦屋頂的一層樓建築，
其形式簡樸。店門多為一門兩窗，左 右對稱的木作構造，如台北迪化街北 段及北縣金山的金包里老街。
清末及日治初期
整齊律動的洋樓式
多為磚木結構，二層樓建築。受到洋 樓的影響，以紅磚半圓拱砌築立面，
常見形式有單拱或三拱，屋簷以女兒 牆或欄杆封住。一樓店門仍以一門兩 窗為主，二樓多與街面齊，並開有三 個拱窗，或設拱廊。連續的拱圈亦使 街道充滿律動感。如金門金城自強 街、舊湖口老街。
日治中期
華麗的巴洛克式
除了磚木造，也有水泥造結構，開始 使用面磚，樓層一至三層皆有。這時 的建築流風以仿樣式建築為主流，所 以立面趨向繁麗，常以水泥塑造或洗 石子作成巴洛克圖案裝飾，或結合傳 統的吉祥圖案，各戶頗有爭奇鬥艷之 勢，同時山頭高低起伏，使天際線豐 富多變。如台北迪化街、桃園大溪和 平路、北縣三峽民權街、雲林斗六太 平街等。
日治後期
前衛的現代式
普遍使用鋼筋混凝土結構，平直的橫 梁取代磚砌的圓拱，高度多增加至三 層樓，店門也不再限於對稱形式。而 建築式樣受現代主義的影響，線條簡 潔但設計者的個人風格強烈，使得每 一棟都有與眾不同的面貌，裝飾上較 常使用當時流行的幾何線條。如台北 迪化街、台南鹽水中正路、雲林西螺 中山路、彰化鹿港中山路等。
表格整理參考 (李乾朗、俞怡萍, 1999)
第四節 電腦模擬軟體選用
本節將探討適用於本研究所需的耗能模擬軟體，包含選用標準、相關介面介 紹、研發背景、運用層面等。最後將選用Ecotect 及 Radiance 軟體作為本研究的模 擬工具，其所產生的分析結果包含採光分析(Lighting Analysis)、光控照明節能分析 (Photoelectric and Daylight)、主觀亮度分析(Human Sensitivity)及數字化偽彩色分析 (False color)等四項。
一、耗能模擬軟體比較
由於市面上有許多建築物耗能分析工具軟體，而本研究範圍所需研究內容包 含照度計算、數值圖像及彩現圖像等項目，因此就相關文獻中找出本模擬研究最 適合的操作工具，由表 2-11 此一分析比較表加以說明，比較項目類型分別以操作 性、準確性、動態性、可視性、支援性、表格性、圖像化、日影分析、熱分析，
共九項評定標準作為比較。
表2 - 11 模擬工具分析比較表
模擬工具/工具分析比較表
模擬工具
比較項目
操作性 準確性 可視性 動態性 支援性 表格性 圖像化 日影分析 熱分析
1.Ecotect ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
2.Energy Plus ○ ○ ○ ○
3.Sun-Break ○ ○ ○ 4.VB(Visual basic) ○ ○ ○ ○ ○
5.RIUSKA ○ ○ ○ ○
6.Trace600 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 7.IES-APACHE ○ ○ ○ ○ ○ ○
8.BEEP ○ ○ ○ ○ ○
表格整理參考 (洪得雄, 2006)
綜合評析了以上各種模擬工具之後，以Ecotect 軟體最適合於本研究之操作工 具，而在後續將針對Ecotect 的功能更進一步的加以說明。
二、Ecotect 簡介
Ecotect 是 Square One 公司研發的輔助生態設計軟體，這一軟體的構想最初出 現於主要研究者Dr. Andrew Marsh 在西澳大利亞大學建築與藝術學院的一篇博士 論文中。這篇論文認為建築的各種性能應該是建築師在概念構思階段考慮的首要 因素，它不應該是在整個設計過程的最後可能會考慮的裝飾品，如果從開始就關 注到這個因素，那麼建築師將會節約大量時間、精力、開創出更具宜人、舒適的 建築。Ecotect 中包含了熱環境、光環境、聲環境、日照、經濟性及環境影響、可 視度六類分析功能，另外還附帶一個可視化氣象數據分析模塊，上述六類分析基 本上涵蓋到了建築設計中的主要影響因素6。
圖2 - 5 Ecotect 的界面
三、Ecotect 的特點和應用
將Ecotect 軟體中的熱環境、光環境、聲環境、日照、經濟性及環境影響、可 視度六類分析功能，對應到建築創作構思的各種影響因素，可以發現這些分析對 於造型、空間劃分、立面和環境關係等關鍵影響因素都具有相當的決定作用，如 圖2-6 所示。
6雲鵬 (2007) ECOTECT 建築環境設計教程。北京：中國建築工業出版社。P4
圖2 - 6 Ecotect 在設計中的應用 引用 (雲鵬, 2007)
四、Radiance 簡介
Radiance 是美國能源部下屬的勞倫斯伯克利國家實驗室(LBNL)於 20 世紀 90 年代初期開發的一款優秀的建築採光和照明模擬軟體，而 Ecotect 中內置了 Radiance 的輸出和控制功能提升了 Ecotect 的應用範圍，由於 Radiance 最初是針對 Unix 系統開發的，但筆者本身所使用的作業系統為 Windows 系統，因而本研究所 採用的是LBNL 推出針對 Windows 系統下的簡化版本 Desktop Radiance，所以也 解決了作業系統上的支援性，再者Radiance 與 Ecotect 兼容性也比較理想，主要是 Ecotect 可以直接輸出 Radiance 的項目文件(*.rif)和模型文件(*.rad)，可以不做任何 修改直接使用Radiance 命令進行光線追蹤計算和圖像輸出。
第五節 小結
本章主要說明本論文之文獻回顧評析部分，經由前四節之論述，分別說明了 相關研究面向探討、光環境概述、街屋定義、電腦模擬軟體選用，從中對於研究 方向的確立、專有名詞的定義及研究對象的解析，並且對研究工具的評定選用進 行描述，以利於後續進行第三章研究方法的確立及第四章模擬實證的部分。以下 將針對本章做重點式的回顧：
一、相關研究面向探討
(一)國內對於街屋立面的研究，主要以立面修復保存、形式風格及空間特性作為 主要研究課題，對於街屋立面所對應的內部空間光環境的研究層面似乎不多，
基於此可更加確立筆者所研究的面向，有其研究的特殊性。
(二)國內運用Ecotect 軟體進行建築物物理環境相關驗證及設計的研究似乎不多，
而國外再運用Ecotect 軟體這部分，則偏向驗證及設計適宜性修正等課題。
二、光環境概述
(一)對於光學名詞定義及單位換算進行描述，重要名詞定義分別為光通量(F)、照 度(E)、亮度(B)等。
(二)依室內工作種類及目的之不同，可參照基準晝光率表，而工作性質不同最適 照度亦有所差異，則可參照最適晝光照度表。
三、街屋定義
(一)就何謂街屋進行描述及說明。
(二)街屋的立面形式依興建的時代大致有四種風格，依年代先後分別為閩南粵東 式、洋樓式、巴洛克式及現代式。
四、電腦模擬軟體選用
(一)本研究所需的研究內容包含照度計算、數值圖像及彩現圖像等項目，因而於 耗能模擬軟體綜合評析之後，以Ecotect 軟體最適合於本研究之操作工具。
(二)Radiance 與 Ecotect 兼容性較為理想，主要是 Ecotect 可以直接輸出 Radiance 的項目文件(*.rif)和模型文件(*.rad)，可以不做任何修改直接使用 Radiance 命 令進行光線追蹤計算和圖像輸出。
第三章 建築立面開口部採光模擬方法之建構
第三章為本論文研究方法之介紹，第一部分將說明案例選取條件之相關內容、
操作方法及分析方式，並對模擬流程架構及流程內容加以說明，由於人力、時間 限制及電腦模擬程式複雜度無法進行大範圍的全面性研究，故將再對主要模擬的 限制與條件加以界定，而在第二部分將對操作流程及設定步驟加以說明，以作為 第四章採光模擬實證之依據。
第一節 模擬方法與流程
建築內部空間受到太陽光線之高度角、方位角及經緯度的不同，透過立面開 口部直接影響到內部空間光環境的變化，隨著科技的進步，許多先進國家都採用 電腦耗能分析程式來進行評估，而本研究將針對新竹地區傳統街屋立面進行研究，
藉由電腦模擬軟體，對於不同時期立面開口部之案例依採光分析(Lighting Analysis)、
光控照明節能分析(Photoelectric and Daylight)、主觀亮度分析(Human Sensitivity)及 數字化偽彩色分析(False color)進行模擬。故本節將以模擬案例說明、模擬流程架 構及模擬限制與條件進行說明。
一、模擬案例說明
在模擬案例說明這部分，將以案例選取條件、操作方法及分析方式加以說明。
(一)案例選取條件
由於新竹縣湖口鄉湖口老街，具有保存較完整之街屋立面，且新竹市北區北 門街，同樣具有保存尚可的不同時期街屋立面樣式，因此本研究所選定進行模擬 的對象，主要以新竹縣市地區為主，其經緯度分別為新竹市(經度 λ=120°57'、緯度 φ=24°46')、新竹縣(經度 λ=121°10'、緯度 φ=24°41')，建築型態則以傳統式街屋住 宅為考量，並就不同時期立面開口部演進，分別選取較具代表性之開口部進行模 擬，然而在建築形式風格上並非本研究所要關注的面向。
(二)操作方法
首先將針對研究對象進行資料收集，包含發展時期及開口樣式圖面等資料，
透過Ecotect 電腦模擬及 Radiance 彩現輸出，分別進行採光分析、光控照明節能分 析、主觀亮度分析、數字化偽彩色分析、等四項分析，以探討不同時期建築立面
圖3 - 1 操作方法架構圖 圖片來源 (雲鵬, 2007)
(三)分析方式 1. 電腦模擬分析
在電腦模擬分析這部分，由選定出的不同時期各具代表性之立面開口部，將 所得資料如開口方式、座向方位、節氣及日射時間進行電子檔轉換及模擬，並進 行採光分析(Lighting Analysis)、光控照明節能分析(Photoelectric and Daylight)、主 觀亮度分析(Human Sensitivity)、數字化偽彩色分析(False color)，最後將所得資料 進行歸納，以做數值圖像比對之用。
2. 數值圖像比對分析
藉由電腦模擬分析出來之數值及圖像進行資料彙整，在數值部分藉由採光分 析及光控照明節能分析所產生，數值分別為照度及全天採光時間百分比，而圖像 部分則由主觀亮度分析及數字化偽彩色分析所產生，兩者皆為圖像式的呈現方式，
最後將數值及圖像資料進行相互參照，並加以說明，使能夠從中判斷其優劣之處，
及差異程度。
二、模擬分析內容
本節主要在說明電腦模擬建築立面開口部時，所進行的採光分析(Lighting Analysis)、光控照明節能分析(Photoelectric and Daylight)、主觀亮度分析(Human Sensitivity)、數字化偽彩色分析(False color)四項分析，以分項的方式就分析結果圖 示，就模擬分析的實質意義及內容進行詳細的描述，如表3-4 所示。
表3 - 1 模擬分析內容表
分析項目 分析結果圖示 內容說明
採光分析
(Lighting Analysis)
採光係數分析圖示中，並未涉 及具體照度值，單就採光係數 來說明尚不夠全面，因而需再 進 一 步 進 行 照 度 分 析 的 步 驟，而照度分析數值說明著全 年9 點至 17 點中 85%時間能 達到的一個照度分布情形。
光控照明節能分析
(Photoelectric and Daylight)
光控照明節能分析，採取當照 度低於設定值時，就啟動人工 照明設施，由運算出的數值百 分比，可得自然採光時間佔全 天時間上的比重。
主觀亮度分析
(Human Sensitivity)
主觀亮度分析是根據人眼的 結構和感官特點進行優化處 理，較接近人眼所看到的成 像，進而就不同時間算圖，以 作為圖像分析比較之用。
數字化偽彩色分析
(False color)
數字化偽彩色分析，以數值對 照於運算圖像方式，標示出亮 度高低位置，以得到清楚的圖 像數值對照。
三、模擬流程架構
根據案例選取條件、操作方法及分析方式內容，並加入模擬限制與條件部分 將其建構成本研究的電腦模擬流程架構，如圖3-2 所示。
(一)模擬流程架構
圖3 - 2 模擬流程架構圖
(二)模擬流程內容說明
針對模擬流程中各項內容，詳細說明如表3-1 所示，主要分為 1.研究對象選樣、
2.立面構造資料收集、3.影響因子界定、4.圖面資料電子檔化、5.電腦模擬、6.模擬 成果彙整，共六項說明。
表3 - 2 模擬流程內容說明表
模擬流程 內容說明
1. 研究對象選樣
以新竹縣市地區歷史性街屋住宅立面開口部作為研究對 象，藉由電腦模擬方式，模擬出相關的數值圖像資料，用 以了解內部空間在受到自然採光的影響之下，內部空間所 呈現出的光環境變化及優劣，進而做比較分析。
2. 立面構造資料收集
對於所選定出來的各時期較具代表性之立面，進行圖面上 的建檔及對其背景加以概略性的說明，以作為後續圖面電 子檔化及電腦模擬之用。
3. 影響因子界定 影響因子包含座向方位、節氣、日射時間、太陽方位角、
太陽高度角、開口部位置面積及深度。
4. 圖面資料電子檔化
相關作業：
(1) Auto Cad繪製(立面開口部位置)。
(2) 3D Max建模(開口部高度及深度)。
(3) 3D Max轉檔成3ds檔匯入Ecotect程式。
5. 電腦模擬
Ecotect作業：
(1) 基本參數設定 (2) 模擬階段
(3) 輸出成rad檔，用Rad Tool程式開啟，執行Radiance輸出。
6. 模擬成果彙整
相關成果：
(1) 採光分析圖、光控照明節能數值圖、主觀亮度分析圖、
數字化偽彩色分析圖。
(2) 就不同時期立面開部所得的分析圖，進行比較分析與歸 納，以評斷其優劣程度及光環境成像表現。
四、模擬限制與條件
在進行建築立面開口部採光分析之前，必須先釐清有可能會涉及到的影響因 子，其中包含著自然條件及人為條件，而在自然條件部分以建築物所處地域的經 緯度最為重要，這攸關到太陽日射的高度角及方位角，此外人為條件部分以建築 物座向方位、立面開口部大小及深度為最，但由於人力、時間限制及電腦模擬程 式複雜度，無法一一將所有影響因子納入，例如鄰棟建築物遮蔽影響程度，則排 除在本研究範疇之外，本研究主要重點放在建築設計階段，較易掌握的影響變因 上，於表3-2 中歸納說明其限制及條件。
表3 - 3 模擬限制與條件說明表
項目 模擬限制
研究範圍
以新竹縣市地區為主要的研究範圍，其經緯度分別為新竹市(經度 λ=120°57'、緯度 φ=24°46')、新竹縣(經度 λ=121°10'、緯度 φ=24°41')，
作為基本參數設定。
周邊狀況 本研究主要探討立面開口部受到自然採光的影響之下，內部光環境 的變化，因此對於鄰棟建築物遮蔽影響等問題，將不納入模擬範圍。
量體模擬
本研究重點放在傳統式街屋正立面開口部這一環節，因此在模擬過 程中只會針街屋正立面這一向度進行完整的建構，而其它向度就不 在本研究範圍之內。
座向方位
由於街屋受限於都市紋理中的街道走向，因此在座向上皆以沿街道 兩側所相對應的位置建構，所以在座向方位上無統一的標準模式，
因而在進行立面開口部模擬時，將以實際案例所處的環境現況及所 相對應的座向方位進行模擬。
時間設定
在模擬時間上，將以節氣及時辰作為模擬時間數值，節氣部份以夏 至(6 月 22 日)、冬至(12 月 22 日)兩大重要節氣為主；而在日照時數 上，由巳時(9：00~11：00)至申時(15：00~17：00)為止，每 2 小時進 行數值模擬，分別為9：00、11：00、13：00、15：00、17：00 共 5 個模擬時間點。
項目 模擬條件
天候狀況
在採光分析部分，由於Ecotect 程式採用全陰天模型，考慮的是最不 利的採光條件，而所要說明的是全年9 點至 17 點中 85%時間所能達 到的一個照度分布情形，因此其不會隨時間和建築座向而有所變 化，如要了解採光效果，則需將Ecotect 模型輸出至 Radiance 中進行 彩現的運算。
模擬對象
將以新竹縣市地區之歷史性街屋的住宅立面開口部，作為案例研究 對象，主要是由於早期街屋立面樣式較具統一性及樣式變遷的特 性，相較於現代建築來說較能夠達到樣本篩選的客觀性，利於達到 研究目的聚焦的作用。
第二節 模擬操作之建立
本節將說明所得的立面開口部圖像資料，如何運用於電腦模擬程式中，並且 建立光環境模擬操作之流程，及對操作上的參數設定做進一步說明，以利於後續 第四章所進行的採光模擬實證之操作。
一、模擬操作流程
在模擬操作流程的建構上，將作為第四章採光模擬實證之依據，共分為三階 段列舉如下，而操作流程如圖3-3 所示。
(一)立面開口部建模作業
此一階段主要分為2D 繪製及 3D 建模作業，將所收集來的立面相關案例資料，
轉換為可供模擬之用的電子檔，主要是將建築正立面開口部的相關位置、大小、
深度及量體分別建構出來，以供第二及第三階段之用，則將分為三次作業。列舉 如下：
1. Auto Cad 繪製建築正立面開口部(位置/大小/間距)。
2. 匯入 3D Max 建模(高度/深度/量體)。
3. 轉檔為 3ds 檔匯入至 Ecotect 程式。
(二)Ecotect 基本設定作業
在這一階段中，由於Ecotect 的基本設定對於最後模擬出來的結果有顯著的影 響，因此分為兩部分做詳細的說明，分別為基本參數設定及模擬分析。列舉如下：
1. 基本參數設定：
(1) 建築外殼材質設定。
(2) 開口部材質設定。
(3) 經緯度設定。
(4) 座向方位設定。
2. 模擬分析：
(1) 採光分析(Lighting Analysis)。
(2) 光控照明節能分析(Photoelectric and Daylight)。
(三)Radiance 輸出分析作業
此階段主要將數值模擬轉換為彩現圖像，分別就Radiance 計算設置及 Radiance 分析做詳述的說明。列舉如下：
1. Radiance 計算設置：
(1) 於 Ecotect 程式中進行相機的設置。
(2) 於 Ecotect 程式中輸出成 rad 文件。
(3) 運用 Rad Tool 開啟 rad 文件進行分析。
2. Radiance 分析：
(1) 主觀亮度分析(Human Sensitivity)。
(2) 數字化偽彩色分析(False color)。
圖3 - 3 模擬操作流程圖
二、模擬操作設定
在模擬操作上就各項設定及步驟，分為立面開口部建模作業、Ecotect 基本設 定作業及Radiance 輸出分析作業等三項內容，而藉由操作圖示截圖及文字說明，
製表成如表3-3 所示。
表3 - 4 電腦模擬操作設定表
立面開口部建模作業
順序 操作內容 模擬工具 操作圖示 說明
1
繪 製 立 面開口 部(位置/大小/
間距)
Auto Cad
將文獻回顧及現況調查 之圖像資料，進行建築 立面開口部 2D 電子檔 的繪製。
2
3D Max 立面建 模(高度/深度/
量體)
3D Max
將 Auto Cad dwg 檔匯 入至3D Max 中，並用 Extrude 指令將高度、深 度及量體擠出，即完成 建模步驟。
3
轉檔為 3ds 檔 匯入至 Ecotect 程式
3D Max
運用 3D Max 將立面 3D 模以 3ds 檔匯出，並 匯入至Ecotect 程式。
Ecotect 基本設定作業
4 建 築 外 殼材質
設定 Ecotect
於 Ecotect 程式中運用 Material Assignments 指 令，對外牆材質做一設 定。
5 開 口 部 材質設
定 Ecotect
於Ecotect 程式中，運用 Insert Child Object 指 令，對開口部進行開口 面積及玻璃窗的參數設 定。
6 經緯度設定 Ecotect
於 Model Settings 指令 中，進行經緯度設定，
此設定直接影響到開口 部採光的多寡，而此參 數設定視窗，易於改變 任何地區的經緯度及日 射時間。
7 座向方位設定 Ecotect
於 Model Settings 指令 中的Site Details 選項裡 將 North Offset 參數做 一設定，就能隨意變更 座向方位。
8 採光分析設定
(Lighting Analysis) Ecotect
在Analysis Grid 中 Grid Date & Scale 選 擇 Daylighting Levels。然 後 執 行 運 算 ， 於 Sky Conditions 中選擇根據 模型緯度計算，其它設 定保持預設值。採光分 析中的採光係數，說明 室內照度相對於室外照 度的一個比值。
9
光 控 照 明節能 分析設定
(Photoelectric and Daylight)
Ecotect
在計算下拉選單中，選 擇 Advanced Daylighting 然後再選擇Photoelectric and Daylight，於對話框 中將 Sensor Control 選 擇為開關式，開關式為 當照度低於設定值時，
就啟動人工照明設施。
Radiance 輸出分析作業
10
Ecotect 程式中 進行相機的設 置
Ecotect
要在Radiance 中進行採 光 分 析 與 計 算 ， 在 Ecotect 中設置相機是不 可少的。
11
Ecotect 程式中 輸出成 rad 文 件
Ecotect
於輸出管理器面板中的 RADIANCE/DAYSIM 點擊紅色磁碟圖示，存 儲成 rad 檔，然後將會 啟動 Skip Wizard 直接 進入設置對話框，進行 參數設定，包含輸出選 項、材質定義、天空狀 況、照度或亮度類型、
場景設定等。
12
Rad Tool 開啟 rad 文件進行分 析
Radiance
執行Rad Tool 工具，然 後在Radiance 控制面板 中點擊 Open 打開輸出 的 文 件 ， 在 Camera Views 中選擇相機，其 它 保 持 預 設 值 ， 於 Render 下拉選單中選擇 Fully render selected view，接下來即進入計 算階段。
資料來源：表格整理方式參考 (洪得雄, 2006)
第三節 小結
本章主要說明本論文之研究方法，經由前三節之論述，分別說明了模擬方法 與流程的整體架構、模擬操作之建立及模擬分析內容，其中搭配流程圖及圖示說 明整個模擬內容，清楚的交代整個研究方法操作上的細節，以利於後續進行第四 章採光模擬實證之研究，然而由於人力、時間限制及電腦模擬程式複雜度，無法 一一將所有影響因子納入，故在模擬限制與條件這一小節中分別說明了相關的限 制及條件，則以下針對本章做重點式的回顧。
一、模擬方法與流程
(一)研究對象選定、(二)立面開口部資料收集、(三)影響因子之界定 (四)圖面資料電腦模型化、(五)電腦模擬、(六)模擬成果彙整。
二、模擬限制與條件
(一)研究範圍、(二)座向方位、(三)周邊狀況、(四)量體模擬 (五)時間設定、(六)天候狀況、(七)模擬對象。
三、模擬操作之建立
(一)Auto Cad 繪製建築正立面開口部(位置/大小/間距) (二)3D Max 建模(高度/深度/量體)
(三)Ecotect 基本設定作業：
1.基本參數設定 2.模擬分析
(四)Radiance 輸出分析作業：
1.Radiance 計算設置 2.Radiance 分析
第四章 建築立面開口部採光模擬分析
本章為本研究建築立面開口部採光模擬實證的部分，主要分為兩部分，首先 針對不同時期立面開口部進行樣本選樣及整理出各項影響因子之數值，以作為後 續模擬參考之用。影響因子包含，節氣、時辰、座向方位、經緯度及開口部樣式 等。第二部分為實例模擬，將由新竹縣湖口老街及新竹市北門街，所篩選出保存 較為完整之各時期較具代表性的街屋立面開口部，進行採光模擬分析。
第一節 模擬基本參數設定
在進行實證模擬之前，先藉由相關文獻擬訂出本研究所需的基本參數資料，
如經緯度、台灣節氣、時辰(時間)等，其後再進行樣本的選樣步驟，以上這些參數 資料將會影響本研究模擬時的結果，故在本節會先加以界定，以作為日後模擬之 用。
一、太陽高度角及方位角設定(經度/緯度)
本研究樣本取樣皆在台灣本島所處的經緯度內，由表4-1 可得知台灣各地區經 度與緯度，而選擇新竹縣市地區作為研究地理位置，新竹市(經度 λ=120°57'、緯度 φ=24°46')、新竹縣(經度 λ=121°10'、緯度 φ=24°41')，且本研究所輸入的經度( λ )、
緯度( φ )是以度( ° )與分( ' )為單位，故 1 度( ° )等於 60 分( ' )；秒( ＂)的部分於電 腦模擬計算時，以四捨五入方式處理。
表4 - 1 台灣各地區經度/緯度表
地區 地理位置
經度(°E) 緯度(°N) 海拔(m)
台北 121°33' 25°05' 10m
新竹 120°57' 24°46' 97m
台中 120°41' 24°09' 109m
台南 120°09' 23°00' 2m
高雄 120°19' 22°37' 14m
台東 121°10' 22°43' 49m
資料來源：取自 (Google Earth 4.2.0180.1134(beta), 2007)
二、台灣節氣
本研究在季節設定上，主要選定以一年之中的兩大重要節氣，作為模擬季節 上的考量，分別為夏至、冬至，由於夏至北極日照時數為24 小時，南極日照時數 則為0 小時，此時北半球「晝長夜短」，反之，冬至則「晝短夜長」，所以節氣對 於採光數值來說影響甚鉅，而節氣與日期對照表如表4-2 所示。
表4 - 2 節氣日期對照表
節氣 日期 選定節氣
立春 2 月 4 日 春分 3 月 21 日 立夏 5 月 6 日
夏至 6 月 22 日 ○ 立秋 8 月 8 日
秋分 9 月 23 日 立冬 11 月 8 日
冬至 12 月 22 日 ○
資料來源： (陳啓中, 2006)
三、時辰(日照時間)
隨著日照時間的不同，太陽的高度角及方位角也隨之有所變化，而本研究設 定的模擬日照時間，以時辰方式計量，期望呈現屬於亞洲地區在地性的研究，而 在一天24 小時裡，共分 12 個時辰，每個時辰有 2 個小時，共計 8 刻，每刻等於 15 分鐘，而本研究受限於時間上的限制，因而日照模擬以每 2 小時進行數值模擬，
由巳時(9：00~11：00)至申時(15：00~17：00)為止，分別為 9：00、11：00、13：
00、15：00、17：00 共 5 個模擬時間點，而時辰對照圖如圖 4-1 所示。
圖4 - 1 時辰對照圖
第二節 模擬樣本取樣
本節將進行模擬樣本之取樣，主要以新竹縣市地區為取樣地區，研究的建築 型態則以傳統式街屋住宅正立面為研究面向，並且將依據相關文獻，就不同時期 立面開口部演進，以時間列表方式歸納，並根據所歸納出的時期及樣式，選取較 具代表性之樣本進行採光分析的模擬，然而在建築形式風格上並非本研究所要關 注的面向，因此只會概略的介紹。
一、取樣地區
取樣地區分別為新竹市北區北門街與新竹縣湖口鄉湖口老街，北門街，為新 竹市歷史最悠久的街道，是新竹最早的商業街，而湖口老街則是洋樓式中保存最 為完整之實例，因而選擇此兩區作為研究取樣地區，有其重要的指標性。
(一)新竹市北區北門街
北門大街名稱的出現，最早見於西元1934 年，為臺灣新竹市歷史悠久的街道，
是新竹最早的商業街。北門街有兩種不同範圍的指稱：其一為目前的北門街，從 城隍廟口向北延伸經長和宮到中正路，接水田街，長約0.76 公里。其二為清代北 門大街的簡稱，址在今北門街54 號前至北大路的街段。街屋座向方位沿著北門街，
呈現出東西走向及東北、西南走向，經度λ=120°57'、緯度 φ=24°48'、海拔高度 30m，
相關地理位置如圖4-2 所示。針對北門街街屋立面所進行的現況調查，將以門牌號 碼方式編碼，將其製表如附錄一，以利後續進行各時期代表性立面選樣之用。
(二)新竹縣湖口鄉湖口老街
湖口老街，於西元1914 年開始建造，在建造時已經有後街及橫街，當時被稱 為新街。1884 年劉銘傳來臺建造鐵路，當時鐵路路線僅限於基隆到新竹一段，工 程自光緒十三年（1887 年）開始動工，一直到光緒十八年（1892 年），鐵道才舖 設到老湖口，光緒十九年（1893 年）正式完工通車。直至 1929 年鐵路北移至北勢，
讓湖口擁有「老湖口」與「新湖口」兩個因商業區發展而來的舊地名，老湖口指 的是湖口老街一帶，新湖口就是新的火車站(北勢)設立之地，大湖口車站曾經為新 街帶來了商機與繁榮，但在車站移走後，新街就逐漸成為現在的老街，而街屋座 向方位沿著湖口老街向正北方約略偏-10°，近乎南北走向，經度 λ=120°03'、緯度 φ=24°52'、海拔高度 115m，相關地理位置如圖 4-3 所示。
圖4 - 3 湖口老街地理資訊圖 圖片來源：取自 (Google Earth 4.2.0180.1134(beta), 2007)
針對湖口老街街屋立面所進行的現況調查，進行實地拍照調查，將取得的資 料以門牌號碼方式編碼，並依照一定的格式製表，如附錄二所示，以利後續進行 各時期代表性立面選樣之用。
二、街屋立面歷史變遷取樣列表
本節將從取樣地區中進行模擬樣本的確立，依據文獻 (李乾朗、俞怡萍, 1999) 提到街屋的立面形式依興建的時代大致分為閩南粵東式(清末以前)、洋樓式(清末 至日治初期)、巴洛克式(日治中期；大正年間)、現代式(日治後期；1930 年代)四種 風格。依此將同時進行樣本篩選及模擬樣本套入至年代列表中，以建構出樣式演 進時間刻度軸之列表，如表4-3 所示，而模擬樣本取樣結果如表 4-4 所示。
表4 - 3 模擬樣本取樣列表
表4 - 4 模擬樣本取樣結果表
