文/ 林子平 國立成功大學建築學系特聘教授
都市愈來愈熱，全國用電量劇增
在2020年7月24日，台北市出現攝氏39.7°C的高溫，打破了台北測站自1896年以來的記錄，為設站124年來的最高氣溫。今年（2021年）的高溫似乎提早到來，五月底台北市氣溫已達38.2°C，平了台北氣象站設站以來五月份歷史最高溫。高溫使全國住商部門的空調使用量劇增，導致在5月27日下午一點時，全國用電量達到3802.2萬瓩，創下歷史最高用電紀錄。
都市熱島現象是市區的氣溫比郊區高的現象，以2020年6月29日下午一點為例，板橋的新北藝文中心附近及新北五股五權三路上最高溫為36.7°C，新北三重運動中心附近約36.8°C，萬華龍山寺附近最高溫為36.6°C，比位於低溫區的南港台北流行音樂中心的33.3°C，高出約3.5°C左右。我們把都市在同一時間下最高溫區及最低溫區的溫差，稱為「都市熱島強度」，用來描述熱島的嚴重性（圖1）。
圖1 台北盆地夏季夜間平均氣溫。
統計時間為 2020 年 7 月每天的 20:00-24:00（林子平，2021）
都市熱島效應與都市發展有密切的關係，都市發展及擴張愈高的城市，都市高溫化的問題愈明顯。首先，都市發展使人工發熱的情況增加，例如交通工具、空調系統、鍋爐設備的排熱，使得都市中的熱源增加。其次，綠地及透水面積減少，將導致蒸發散效果變差，無法透過潛熱釋放的方式較有效地帶走地面的熱量。同時，建築物及人工構造物的增加，一則會在日間蓄積更多太陽的直達熱量（亦稱短波輻射，波長約在3000 nm以下），並在夜間釋放大量紅外線（亦稱長波輻射，波長約在3000 nm以上），使得市區高溫化在夜間特別明顯，二則會因為龐大而緊密的量體阻擋了都市中既有的氣流，使得冷空氣不易進入，熱空氣不易排出，加劇熱島的問題。
風成為都市環境中的奢侈品
一個封閉無開窗的廚房裡有一個冰箱，當時壓縮機沒有運轉，也就是冰箱內有靜止的冷空氣，廚房裡則布滿了高溫的熱空氣。當冰箱門打開時，你會看到冷風往地面下沉流出，你看得到是因為冷空氣遇高溫而凝結成細水滴，事實上你看不到的是，冰箱旁地面的熱空氣也在同時間上升了（如圖2）。這是因為地面溫度高，加熱了地面上的空氣。這些熱空氣因為膨脹所以密度降低而上升，使地面氣壓降低，而冰箱內布滿的冷空氣，密度高且氣壓較高，兩處空氣因為溫度差而造成壓力差，壓力差使氣流產生運動，空氣從壓力大的地方流向壓力小的地方，或是你也可以簡化為空氣從溫度低處流向溫度高處，所以你就看到了冰箱的冷空氣往地面流出。
圖2 溫度差將造成壓力差，使冰箱內部低溫高壓的氣體流至廚房高溫低壓的地面。
大至地球，小至街廓，空氣的自然流動都是依此原則而產生的。（林子平，2021）
上述這種壓力差或溫度差所產生的空氣流動，若是在水平面流動，稱之為「風」。在自然的環境中，太陽輻射加熱了地表，因為受熱不均產生溫度差，空氣就會由低溫往高溫流動而產生了氣流，如不同季節的風向、日夜的海陸風。而在發展不密集的郊區，低溫的河道、公園、綠地也會產生吹拂至街廓的涼風，帶走都市中蓄積的熱量。
然而，都市中的高密度建築物阻擋了這些自然界賜予我們的氣流。當風由平坦的郊區吹向粗糙的都市，就像是水從光滑平整的地面流向凹凸不平的粗糙地一樣，流速就會降低。在一些假設前提下（Counihan, 1975；朱佳仁，2006；林子平，2021）大型市中心區的行人層（距離地面1.5m處）平均風速約只有郊區的64%而已。這顯示密集開發的市區風速極低，不僅影響都市的對流散熱，也將影響行人的熱舒適性。
當都市中的建築物高度（H）愈高，或是街道寬度（W）愈窄時，則低風速的問題會更加明顯。我們常以街道高寬比，即H/W，來描述密集都市中類似峽谷的街道幾何型態：H/W較高的（例如大於2）稱為深街谷，較小的稱為淺街谷。
當建築物間距很大時（如H/W=0.35）（如圖3），風可以順利流經兩棟建築之間，使氣流和建築物的接觸面積大，能夠有效將建築及空地上蓄積的熱量帶走。當建築物間距減少時（如H/W=1），屋頂上方的氣流會躍過建築而難以進入街道峽谷內，使風速降低。如果建築物極端緊密且棟距狹小（如H/W=4），風幾乎無法進入街谷之中，行人層將會呈現無風的狀態。
圖3 不同街道高寬比情境下的氣流示意圖。
當建築間距愈小時，氣流將愈不容易進入街谷，容易造成高溫且不舒適的狀況（Oke, 2017；林子平，2021)。
公園及河岸第一排高房價，造成後排的低風速
儘管都市的風常被建築物阻擋，使都市的風速降低，然而，都市中仍有機會透過區域之間的溫差，來創造空氣的流動。舉例來說，大型綠地或水域因其溫度比周圍街區低了許多，就像開啟廚房冰箱一樣，足夠的溫差會趨動內部的涼爽氣流，往四面八方滲流而出。東京市區的「新宿御苑」是一個佔地達58公頃的大型綠地，在一個長期觀測微氣候的研究中發現，當凌晨背景風降低時，公園會由內往外吹出緩慢的涼風，大約可讓周圍街區降溫3°C左右。值得一提的是，公園滲流風在38個觀測日中，就出現28日，且多出現在凌晨兩點至五點之間，顯示都市大型公園綠地能頻繁地在夜間吹出涼風，有助於街區的降溫（Narita et al, 2004）。
另一個發現位在瑞典Göteborg的廣場，在晴朗且大氣穩定又無背景風的凌晨，低速的氣流也由低溫廣場吹往周圍高溫街區。透過進一步的模擬，證實在距地表6m以上的高空，也有來自街區的熱空氣吹向廣場，形成一個立體的熱循環（Thorsson, 2003）。
然而，目前台灣的法規對於公園、綠地、河道旁的建築物棟距及量體並未嚴格約束，常導致公園綠地周圍的建築物為了取得最佳視野，建商常將建築基地面對綠地的面寬全部蓋滿，不留空隙，且與鄰棟建築距離狹小（如圖4）。如此一來，氣流將無法由公園綠地吹向四周的街區，進而影響其他街區基地的受風權。
圖4 密集且棟距小的大樓容易造成都市通風阻礙，影響散熱。
台灣都市通風法令亟需推動，以緩和熱島現象
日本的建築環境綜合評估系統 (CASBEE, Comprehensive Assessment System for Building Environment Efficiency) 中有一個應用於都市熱島評估的版本CASBEE-HI。關於通風的項目即建議，基地的上風處及下風處若有公園及綠地，基地內的建築物的棟距應增加，或將建築物的量體進行調整，儘量避免阻擋進風及出風的路徑，讓綠地、水域、廣場的涼爽微風能順利吹進街區。（Japan Sustainable Building Consortium, 2010)
近年來，台灣對於都市通風的管制及奬勵也開始進展。例如新北市的江翠北側地區都市設計審議中，規定面臨河岸的建築各棟立面總寬度不得超過基地面寬的70%；臺南市沙崙高鐵特定區幾個街廓中，要求街角廣場應以寬20公尺以上之南北向連續性風廊連接。
臺中市則於都市更新建築容積獎勵辦法中新增七項容積獎勵項目，其中建築量體與環境調合項目（△F14-4）引入了城市風廊的概念（如圖5），以基地通風率(SVR, Site Ventilation Ratio)及鄰棟間隔作為評估指標，此項規定適用於基地內至少有一棟高度21公尺以上或7層以上之建築物。其考量建築量體配置對都市環境採光、通風效果之影響，鼓勵開發者藉由提高基地面對「潛在通風區域」的氣流通過能力，減少建築開發阻擋風道，維持都市良好通風效能，以緩解都市熱島效應。
基地通風率之定義為基地面對「潛在通風區域」的氣流通過能力，其計算方式如圖5所示，即計算建築風阻面積的比例，其中「潛在通風區域」為鄰接道路或永久性空地。另外規定基地內建築物鄰棟間隔(D1)、基地內建築物與面對永久性空地之基地境界線距離(D2)淨寬不得小於六公尺，且基地內建築物與鄰地境界線距離(D3)淨寬不得小於三公尺，並以淨空設計。
圖5 臺中市都市更新建築容積獎勵辦法中，關於基地通風率及棟距管制說明（臺中市政府，2020）。
每個都市均應建立的都市風廊系統
除了上述針對面臨公園、綠地、河道的建築進行棟距的管制外，每個都市均應更積極的建立的都市風廊系統。都市建築物高聳密集，進入市區的風會流入阻礙較小的區域，如果這些區域能夠彼此連結成為一條連續路徑，即可稱之為「都市風廊」（如圖6）。這些風阻較小的區域包含公園綠地、水域河川、廣場空地、車道、鐵道、林蔭道、人行道，或是低矮不密集的建築群，風向則多以該區域長期的盛行風向決定。依據這些路徑的寬度及順暢性，可定義出「主要風廊」及「次要風廊」，代表潛在風速的大小，也可指認出與這些風廊交叉的「連結風道」，有助於風廊之間的串連及另一個風向的引入，讓都市通風更為流暢。
台灣早期只在台南市沙崙高鐵特定區幾個街廓有零星通風路徑的規範，但並未建構完整的風廊系統。而後在台中市七期新市政中心周邊、台北南港區市民大道兩側，近期已開始啟動定義並指認出較完整的風廊系統。指認出潛在風廊後，如果有預計開發的土地位於重要的風廊上，可以改變開發的強度（建蔽率、容積率、建築高度），或是調整建築設計（配置、量體、棟距），進行相關管制及奬勵。
圖6 完整的風廊系統應包含主要風廊、次要風廊，及連結風道，
且需由該區域長期盛行風向，以及都市風阻較小的連續路徑來指認（林子平，2021）。
自然風廊可藉由溫差而自行生成穩定氣流，然而，都市風廊上的氣流不能無中生有，只能在有風吹入都市之時，確保風廊上的風速能高於其它密集區域，有助於提升都市與郊區之間水平對流熱的交換效率。都市風廊像是一種超前部署的策略，讓都市準備好迎接隨時可能吹來的涼風，順暢地將都市龐大的熱量帶走。
參考資料：
- Counihan, J. O. (1975). Adiabatic atmospheric boundary layers: a review and analysis of data from the period 1880–1972. Atmospheric Environment (1967), 9(10), 871-905.
- Japan Sustainable Building Consortium. (2010). Japan Sustainable Building Consortium, 2005. Evaluation Manual for the Comprehensive Assessment.
- Counihan, J. O. (1975). Adiabatic atmospheric boundary layers: a review and analysis of data from the period 1880–1972. Atmospheric Environment (1967), 9(10), 871-905.
- Narita, K. I., Mikami, T., Sugawara, H., Honjo, T., Kimura, K., & Kuwata, N. (2004). Cool-island and cold air-seeping phenomena in an urban park, Shinjuku Gyoen, Tokyo. Geographical Review of Japan, 77(6), 403-420_1.
- Oke, T.R., Mills, G., Christen, A. & Voogt, J.A. (2017). Urban Climates, Cambridge University Press.
- Thorsson,S.,& Eliasson, I. (2003). An intra-urban thermal breeze in Göteborg,Sweden.Theoretical and Applied Climatology,75(1), 93-104.
- 朱佳仁（2006）。《風工程概論》。科技圖書。
- 林子平（2021）。《都市的夏天為什麼愈來愈熱？：圖解都市熱島現象與退燒策略》。商周出版。
- 臺中市政府（2020）。《臺中市都市更新建築容積獎勵辦法》
