第五章 結論與建議
第二節 建議
根據研究結果，茲提出建議如後：
建議一
建立適用於本國都市熱環境舒適評估之風洞試驗方法與程序：立即 可行建議
主辦機關：內政部建築研究所
協辦單位：社團法人中華民國風工程學會
本計畫選定板橋江子翠地區作為都會示範區域，並針對此區域進行 了縮尺模型試驗與模擬風場的研究。其中，有關風洞試驗中採用之模型 縮尺、區域範圍、入流風速地況之選定，以及試驗量測設備(包括風速、
風壓量測儀器)之率定、匹配與系統整合等皆係在試驗精度與可行性的雙 重考慮下予以決定。研究中所採用之風洞試驗方法與程序應可作為未來 擬定適熱環境舒適評估風洞試驗方法與程序之重要參考。
在未來都市熱環境舒適評估之風洞試驗中，建議以本研究中採行的 風洞試驗量測技術為基準，以進行地表行人高度之風速量測。另一方面，
配合以近 10 年間之氣象統計資料(包括 16 個風向之平均風速機率)，則 可進一步的求得各測點相應之等效風速。再者，考慮該地區之溫度、濕 度、輻射溫度等相關資料，則可以製作出該地區之 SET*量尺，據以判定 各測點之風速舒適等級，並作為區域熱環境舒適整體評估之依據。
建議二
建立以數值模擬評估風環境的本土化技術規範：中長期建議
主辦機關：內政部建築研究所、內政部營建署、行政院環境保護署 協辦機關：社團法人中華民國風工程學會
評估之所需。因此，以數值計算來模擬空間中流場變化分布的研究成為 另一種符合經濟性及實用性的選擇。然而，在進行行人環境風場數值模 擬時，需審慎處理相關參數之設定，否則將造成模擬之失真或導致錯誤 之環境風場模擬結果。因此，未來在數值模擬的相關應用技術上予以適 當的規範確有其必要性。
在風環境數值模擬上，相較於直接模擬(DNS)與大渦模擬(LES)方法，
雷諾平均那維爾-史托克(RANS)方法再配合以紊流模型的應用實為較為 經濟之分析方法。目前日本與歐洲規範已有相當完備之模擬風環境評估 指針，針對運用 RANS 進行風環境數值模擬時應注意之各項環結，皆有 詳盡的規範與建議。對本國而言，儘管現行法規中尚未將數值模擬納入 認可之分析方法，但為因應未來之趨勢，宜即早著手制定相應之本土化 技術規範，針對模擬風環境評估指針等要件項目作具體之擬定。
建議三
提出完整之都市風環境流通設計指引：中長期建議 主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：社團法人中華民國風工程學會
本研究初步討論出都市地區風環境流通的影響因子，包含建築密度、
常季風風向、建築物高度等，並初步歸納出都市規劃設計建議。但都市 型態眾多，本年度研究無法概括所有都市街廓類型。建議後續可完整規 劃街廓類型參數，通盤討論影響因子，並與相關文獻比對後提出完整之 都市通風設計指引。
目前各縣市在進行都市設計審議時，僅有台北市與新北市的都市設 計審議準則中有明文規定需考慮風環境問題，審議時多依據委員之專業 經驗來提出改善建議。由於都市高樓化除了強風舒適性的考量外，都市 通風舒適性同時應予以重視。目前在缺乏評估標準以及風洞試驗分析成
建議四
未來課題建議：中長期建議 主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：社團法人中華民國風工程學會 綜合本研究心得，提出未來課題建議如後：
(1) 以數值模擬評估建築強風環境之技術準則 (2) 建築戶外熱環境與風環境耦合之數值模擬研究 (3) 都市風環境流通設計指引研究
附 錄 一 採 購 評 選 會 議 意 見 回 應
使用軟體，不宜僅停留於專家自行解讀原
在地方政府都市審議中，如何納入都市風
附 錄 二 期 中 審 查 會 議 意 見 及 回 應
審查委員 審查意見 研究團隊回應
陳教授瑞華
以 CFD 模擬時，報告 P.39 指出使用 wall function 之缺點，應如何改善？
wall function 乃基於平 衡 紊 流 邊 界 層 之 假 設，在建築表面並不適 用，故於建築採用不可 滑動條件，而地表面則 可採用 wall function。
擬議之環境流通效應判定準則，是否同時
紊流模式入流處紊流流速的產生方式是
陳組長建忠
附 錄 三 專 家 座 談 會 會 議 意 見 及 回 應
CFD 發生低估之原因請進一步說明。
本研究顯示，Irwin probe 在低風速的量 測上會有誤差，建議比較時可針對高風
研究所採用之軟體光碟能否提供？
本研究 採用商 用軟 體 FLUENT 進行研究，為 付費軟體。
附 錄 四 期 末 審 查 會 議 意 見 及 回 應
最佳之整體目標。
本研究 P.61 之表 4-5，採用該研究區 37
時，具有較佳之風廊道導引效果」；或
附 錄 五 環 境 風 場 數 值 模 擬 準 則
而在進行行人環境風場數值模擬時，需審慎處理相關參數設定，據 以模擬出可靠之環境風場結果。目前日本(AIJ guidelines)與歐洲(COST) 規範已有相當完備之模擬風環境評估指針，針對利用 RANS 進行風環境 數值模擬時應注意之各項環結，皆有詳盡的規範與建議。以下針對 AIJ 及 COST 的風環境 CFD 模擬規範簡要說明。
一、周遭建築之建置
(1) 在實際都市區域中，評估區域中的建築必須詳細建模。一般而言，
評估區域約為目標建築之半徑 1-2H(H 為主建築物高度)範圍。
(2) 評估區域內每個方向至少有一個附加的街廓必須清楚呈現。
(3) 建議在處理建築叢集時使用簡化的外型，或是在地表邊界條件定義 合適的粗糙長度 Z0 去呈現外部區域(由附加街廓的外緣到計算域邊 界)的粗糙度。
二、小於格網尺寸的障礙物
(1) 為了模擬如小型建物、路標、樹以及移動車輛等小尺度障礙物的氣 動力效應，必須在基本流體方程式中增加附加項，用來降低風速但 增加紊流。
(2) 披覆物模型(canopy model)乃基於 k–ε model，並在傳輸方程式中 加入額外項。
(3) 額外項(source term)乃基本控制方程式應用空間平均推導而來，體積 片段技術-考慮小於格網尺度的障礙物的簡化技術。
(4) 在行人風環境改善方法中，植栽是最受歡迎的手段。 Mochida 等[40]
界定了多種樹木披覆模型，並比較不同樹木披覆模型預測結果與實
三、格網離散
(1) 為了在可接受的精度下預測建築周圍流場，正確的表現靠近建築屋 頂與壁面的分離流特性是最重要的工作，因此角隅區域流場解析要 求細密的格網配置。
(2) 近建築表面的黏滯次層(viscous sub-layer)一般來說是非常難以解析 的，同時也很難在壁面上採用不可滑動條件。之前許多壁函數(wall function)係對數律(logarithmic law)在考慮附屬於邊界層流狀況下所 發展的，因此在建築周圍使用 wall function 來表現流場基本上是不正 確的。
(3) 諸多建築與鈍形體有著銳緣以及分離點總是落在尖端處並與雷諾數 無關，在這些狀況下，可預見採用壁函數將會使精度降低。
(4) 建築一邊至少需要 10 個格網來重現迎風角隅周遭所發生的分離流。
(5) 格網形狀應該被設定，使其與鄰近格點寬度較小，特別是在風速梯 度很陡的區域。在這些區域，將其鄰近網格伸展率設定為 1.3 或更小 是值得的。然而，以往這些建議伸展率也許依建築外型以建築而改 變，確認不同格網輸出所得結果不再改變是值得嘗試的。
(6) COST 建議在格網伸展率部分有著與 AIJ 相同的限制，同時建議應該 測試格網解析的敏感度結果。
四、主建築解析度
(1) 最小格網解析度應設定約為建築尺寸的 1/10(約為 0.5-5.0 m)，涵蓋範 圍包含目標建築周圍評估點區域。
(2) 格點應適當排列使得評估高度(地表以上 1.5-5 m)落在距離地表上第 3 或更高位置。
五、格網相依性
(1) 在不同粗細之格網系統下，需要確認預測結果沒有明顯變化。
六、非結構化網格處理
(1) 在某些區域如鄰近粗網格或複雜幾何外型的表面，必須確保格網形 狀比值(aspect ratio)不能變得過高。
(2) 為了改善精度，柱體網格(prismatic cells，圖 A1)值得在邊界處的元 素(element)進行規劃。
2
依據 AIJ guideline 的紊流消散率建議，依據自保持(self-preservation) 理論，在邊界層中假設紊流消散率 ε 與 production 項相近，故其給定方
(2) 在大計算域中，使用無滯性(inviscid)邊壁條件(正切速度分量的垂直 速度分量與垂直速度梯度設為零)將會使計算更為穩定。
個格點相應之物理量。 階上風法(first-order upwind scheme)並不適用於所有傳輸量計算。
有變化非常重要的。由於軟體廠商希望加強計算效率，因此收斂預設值 在大多數的商業軟體並不周全，因此必須要求周全的收斂準則來檢查解 沒有改變。
在計算過程中，常發生發散或收斂緩慢之狀況，其原因可能如下：
(1) 格網的形狀比(aspect ratio)與伸長比(stretching ratio)可能過大；
(2) 矩陣求解器的鬆弛係數(relaxation coefficient)可能過小；
(3) 週期性擾動如渦散(vortex shedding )現象發生。
十三、紊流模型
(1) standard k–ε model 的眾所周知問題為無法呈現在建築屋頂的分離 (separation)和逆流(reverse flow )，並導致建築表面的碰撞區的紊流動 能高估現象。
(2) 和建築屋頂區域發生的問題相比，雖然在近地表面區不太常發生，
但它可能會影響預測之精度以及預測之高風速位置。
(3) 一些修正過的 k–ε models 和 DSM 模型(differential stress model ) 可以緩和此一問題，並提升近地表強風區的預測精度。
十四、初始條件
為了快速獲得收斂結果，應給定適當物理性能之初始條件(initial condition)。常利用入流剖面延伸套用至整個計算域，或者由層流計算結 果作為初始條件。
十五、CFD 模式驗證
使用者應使用他們的 CFD 模式套用在至少一個單一高層建築以及 至少一個在實際都市區域的複合型建築，並與 AIJ 團隊所提出的實驗結 果進行比較。這些實驗結果已公布於網站上，驗證案例如見圖 A2。
(A)
圖 A2 AIJ Guideline Benchmark
資料來源：http://www.aij.or.jp/jpn/publish/cfdguide/index_e.htm
附 錄 六 入 流 剖 面 UDF
/*****************************************************************/
/* Concatenated UDFs for fully-developed turbulent inlet profiles */
/*****************************************************************/
#include "udf.h"
#define UMEAN 25.
#define B 0.25
#define DELOVRH 400
#define VISC 1.7894e-05
#define CMU 0.09
#define VKC 0.41
/*****************************************************************/
DEFINE_PROFILE(x_velocity, t, i) {
real y, del, h, x[ND_ND], ufree; /* variable declarations */
face_t f;
del = DELOVRH;
ufree =UMEAN;
begin_f_loop(f, t) {
F_CENTROID(x,f,t);
y = x[2];
if (y <= del)
F_PROFILE(f,t,i) = ufree*pow(y/del,B);
/* 定義紊流動能 profile for kinetic energy */
DEFINE_PROFILE(k_profile, t, i) {
real y, del, h, ufree, x[ND_ND];
real ff, utau, knw, kinf,ti,uz;
face_t f;
del = DELOVRH;
ufree = UMEAN;
begin_f_loop(f, t) {
F_CENTROID(x,f,t);
y=x[2];
if (y <= del)
ti= 0.26-0.18*pow(y/del,0.35);
else
end_f_loop(f, t) }
/* 定義紊流消散率 profile for dissipation rate */
DEFINE_PROFILE(dissip_profile, t, i) {
real y, x[ND_ND], del, h, ufree;
real ff, utau, ti,uz,kay,dudz;
face_t f;
del = DELOVRH;
ufree = UMEAN;
begin_f_loop(f, t) {
if (y <= del)
ti= 0.26-0.18*pow(y/del,0.35);
else ti= 0.08;
if (y <= del)
uz=ufree*pow(y/del,B);
else uz=ufree;
kay=pow(uz*ti,2.);
dudz=ufree/del*B*pow(y/del,B-1.);
F_PROFILE(f,t,i)=pow(CMU,0.5)*kay*dudz;
}
end_f_loop(f,t) }
參 考 文 獻
1. 丁育群、朱佳仁（2000），高層建築物風場環境評估準則研議，內政 部建築研究所協同研究報告。
1. 丁育群、朱佳仁（2000），高層建築物風場環境評估準則研議，內政 部建築研究所協同研究報告。