該反思的時刻

作者:數碼阿叔/柏基建築師

《該反思的時刻》

對於建築性能模擬與分析結果的正確性與適當性,完全在於所採用的氣象數據,如果氣象數據本身無法完整反映出現實的氣象狀態,根據毒樹毒果理論,據以模擬和分析的結果極可能偏離現實。換句話說我們必須先釐清,建築性能模擬與分析的結果是要覆蓋現實氣象狀態還是只滿足那種烏托邦式的理想氣象狀態。

在 2016 年再次審視當前建築性能模擬與分析所採用的氣象數據問題,台灣現在已經改用了 TMY3 氣象數據格式,這種 TMY3 氣象數據格式出自美國國家可再生能源實驗室 (National Renewable Energy Laboratory, NREL),所謂 “典型氣象年” (Typical Meteorological Year 3, TMY3) 代表的是典型而非極端氣象條件,由於在採樣過程中完全去除了極端記錄,所以適合用於太陽能轉換系統與房屋系統,不適合用於設計能對抗某處最惡劣天候條件的建築。之前 TMY2 數據檔是根據 1960-1990 年這 30 年間的氣象記錄做成;現今使用的 TMY3 數據檔則是根據 1991-2005 年這 15 年間的氣象記錄做成。

在台灣已經不再使用 TMY2 氣象數據,現在有個《建築能源模擬解析用 TMY3 標準氣象年資料》(※可以到“智慧綠建築資訊網”下載 CSV 和 EPW 格式壓縮檔),但其內容只包括台北、新竹、台中、嘉義、台南、高雄、台東、花蓮這八個城市的 TMY3 典型氣象年 8760 小時的逐時氣象數據,係以上述城市當地 15 年期(1998-2012)之中央氣象局實際觀測資料採樣彙整編成。至於這些城市以外的地區或縣市,就只能自求多福了,前面說過,由於台灣地形複雜氣候多變,率爾串用鄰近縣市數據,可能會造成模擬的結果偏離現實。

官家把 Typical Meteorological Year 翻譯成 “標準氣象年”,竊以為這不是一個合適的譯名,這種人工合成數據的氣象狀態何來 “標準” 可言?事實上這地球上從來就不存在標準氣象。說它是從 1998-2012 這 15 年間氣象觀測記錄中過濾彙整出來的 “典型” 氣象狀況更合適些。

由於 Typical Meteorological Year 的取樣原則,應用 “典型氣象年” 氣象數據所做出的模擬與分析結果,完全無法反映出因為極端性氣象事件的天氣狀況。而處在地球暖化氣候變遷的今日,極端性氣象時間逐漸趨向常態發生,冬季因北極渦流南侵帶來酷寒甚至造成台灣平地下雪,夏秋季連續高溫酷暑、颱風密集吹襲、豪雨氾濫成災。這些都直接威脅建築物的本質功能,也大幅度逾越基於 TMY3 氣象數據所設計的建築性能。
今天我們必須反思,是否該採用極端氣象條件作為建築性能設計的依據,庶幾乎得以真正建立健康與安全的居住環境。

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邊界條件

邊界條件(boundary condition)用來描述一種約束條件,不論是對運用方程式進行問題解算,或者是對模型執行模擬(simulation),預先設定操作數據範圍和行為限度至關重要。否則很可能造成模擬的結果逾越目標或者發生偏差不知所云,致使後續的解讀與分析失去意義和無法進行。就建築性能模擬來說,要正確設定邊界條件靠的是專業知識與足夠的實做經驗,才能劃定出需要的邊界條件。
(下面來個範例描述一下打鳥那個公案的邊界條件)


《邊界條件》

某日,老師在課堂上想考考學生們的智商,就問一個男孩說:
「樹上有十隻鳥,開槍打死一隻,還剩幾隻?」

男孩反問:「是無聲手槍麼?」
「不是。」
「槍聲有多大?」
「大約 80~100 分貝。」
「那就是說會震得耳朵疼?」
「是。」
「在這個城市裡打鳥犯不犯法?」
「不犯法。」
「您確定那隻鳥真的被打死啦?」
「確定。」

老師已經不耐煩了:「拜託,你告訴我還剩幾隻就行了,OK?」
「OK,鳥裡有沒有聾子?」
「沒有。」
「有沒有關在籠子裡的?」
「沒有。」
「邊上還有沒有其他的樹,樹上還有沒有其他鳥兒?」
「沒有。」
「方圓十里地呢?」
「就這麼一棵樹!」
「有沒有殘障或餓得飛不動的鳥?」
「沒有,都身體倍兒棒。」
「算不算懷孕肚子裡的小鳥?」
「都是公的。」
「都不可能懷孕?」
「………,決不可能。」
「打鳥的人眼裡有沒有花?保證是十隻?」
「沒有花,就十隻。」

老師腦門子上已經冒出了汗珠。
下課鈴響起,但男孩仍繼續問:「有沒有傻得不怕死的?」
「都怕死。」
「有沒有因為情侶被打中,自己留下來的?」
「笨蛋,之前不是說都是公的嘛!」
「會不會一槍打死兩隻?」
「不會。」
「一槍打死三隻呢?」
「不會。」
「四隻呢?」
「更不會!」
「五隻呢?」
「絕對不會!!!」
「那六隻總有可能吧?」
「除非你他媽的是豬生的才有可能!」
「…好吧,那麼所有的鳥都可以自由活動麼?」
「完全可以。」
「它們受到驚嚇起飛時,會不會驚慌失措而互相撞上?」
「不會,每只鳥都裝有衛星導航系統,而且可以自動飛行。」
「嗯,如果您的回答沒有騙人」 ,學生滿懷信心的回答:「打死的鳥兒要是掛在樹上沒掉下來,那麼就剩一隻,如果掉了下來,就一隻不剩。」

老師當即倒~~