文獻回顧

一、外部風場特性

單棟矩形版高層建築附近流場型態如下圖所示【15】，當風場接近建築 物時會逐漸分離，部分流場越過建築物上方 1 號流線，另一部分則在建築物 附近如圖 2-7 所示，於迎風面建築物高度約 70%的位置會有停滯點而出現最 大風壓力，由此停滯點開始流場在迎風面往向上、兩側及往下低壓力區移動，

分別如流線 3、4、5 所示，流量最大的下切流場在接近地表處產生渦流，此 渦流可稱為：直立渦流(Standing Vortex)、前方渦流(Frontal Vortex)或馬蹄渦 流(Horseshoe Vortex)，接近地面的馬蹄渦流方向正好與來流(approaching flow) 相反，此兩股流場會在建築物前方如點 7 位置交會產生低速區。

圖2-7 建築物週遭流場 資料來源：【15】

另一部分馬蹄渦流(Horseshoe Vortex)往兩側延伸，繞過角隅處造成流場 分離而形成如點 8 處之高風速角隅強風，同時與另一波來流匯集如流線 9 所 示 。 另 外 在 背 風 面 處 產 生 低 風 壓 區 域 而 形 成 逆 流 (backflow) 和迴旋流 場 (recirculation flow)，如流線 10 和 13 所示。另一個低風速的遲滯區在建築物 下游處，迴旋流場(recirculation flow)終點形成如點 11 所示，通過此區域流場 重新恢復原來的方向以低風速向前進，如流線 12。逆流亦可視為造成建築物

後方旋轉渦流之主要原因，在此渦流和角隅風場之間，有一高速度梯度存在，

稱為分流剪力流(separation shear layer)。

事實上，有兩個風壓系統存在前述的流場型態，第一個風壓系統主要作 用在建築物的迎風面區域的最大壓力停滯點及其他低壓力區，此系統造成直 立渦漩的產生並延續至角隅流場。另一個風壓系統是由迎風面的高壓區域和 背風面的低壓域組成，形成建築物後方的逆流和角隅風。此二風壓系統造成 建築物附近的複雜流場型態【15】。

緊臨高層建築物街谷內的戶外風場移動的流動過程，是許多因素交互 影響而成的複雜氣流運動，來流風向若與街谷平行或近似平行斜交，則將 形成渠化效應(Tunneling effect)，使街谷內的風速加快，進而造成擾人之瞬 間強風，如來流方向與街谷垂直或近似垂直斜交則易形成遮蔽效應(Shlter effect)而減少街谷內風場流通。此外，街谷寬度大小及其兩側建築物高度均 會影響街谷內之風場特性。對於街谷寬度大小及其兩側建築物高度與風向 角間的關係， T.R. Oke. (1988)利用風洞試驗資料系統性地將風向垂直街谷 所產生的流場，依建築物高度與街谷寬度比分為 3 類，如下圖 2-8 所示。包 括：獨立流場(Isolated roughness flow)、尾流干擾流場(Wake Interference flow) 及跳躍流場(Skimming flow)，獨立流場(Isolated roughness flow)係指街谷寬 度遠大於建築物高度，當流場越過建築物時其下沈的迴旋氣流可在街谷內 運動不受街谷寬度影響，而跳躍流場(Skimming flow)則是街谷寬度很小時，

風場越過建築物後直接向下游移動，未進入街谷內。尾流干擾流場(Wake Interference flow)則是街谷寬度介於尾流干擾流場(Wake Interference flow)及 跳躍流場(Skimming flow)之間，風場越過街谷後下沈的迴旋氣流可在街谷內 運動但受街谷寬度影響具較高度擾動性。

圖2-8 風攻角垂直都市街谷之風場特性 資料來源：【16】

Bert Blocken et al. (2007)等人利用 CFD 及風洞試驗將風向與街谷平行 且相鄰兩棟建築物對稱的街谷流場區分為 3 種型式如下圖 2-9 所示。分別為 街谷寬度最小相鄰兩建築物近似併排的阻抗流場(Resistance Flow)，街谷較 寬兩側流場不互相干擾者為獨立流場(Isolated Flow)，介於前述兩者間的街 谷內流場為交互流場(Interaction Flow) 。

圖2-9 風攻角平行都市街谷之風場特性 資料來源：【19】

Stathopoulos et al. (1992)為了解建築四周之風場特性，分別以單棟建築 物、單棟建築物下方有開口、兩棟建築物前後排列及兩棟建築左右排列等 4 種方式建立風洞試驗資料庫，其中與本研究相關者為以兩棟建築左右排列 之配置模型，其以 4 種不同建築尺寸分別改變 8 組相鄰間距大小進行風洞 試驗，探討兩棟建物街谷之地表風場特性，結果顯示當 L/S=0.4 (L 為通道 寬，S 為斷面尺度影響因子)時有最大的風速出現。To and Lam (1995)將建築

(a)Isolated roughness flow

(b)Wake Interference flow (c)Skimming flow

Isolated roughness flow

Wake Interference flow

Skimming flow

物配置成單棟建築、順風向前後排列和橫風向的左右排列等三種型式，並 採用固定街谷寬度進行風洞試驗以了其周遭附近之行人風場特性。研究顯 示，前後排列對行人風場影響較小，但若以左右橫向排列，街谷的流場風 速則明顯有加速之現象。

Blocken et al.( 2008)將雙棟狹長建築配置成開叉式和交會式兩種型式，

在風洞試驗內模擬鄉村地況之風速剖面進行試驗以了解相鄰通道風環境研 究。研究結果顯示，開叉式通道(diverging passage)的風速高於交會式通道 (converging passage)，同時也顯示風速隨著街谷寬度增加而增加，此點與過 去平行街谷通道之研究結果相反。另外，就風攻角而言，開叉式通道 (diverging passage)風速在風攻角=0 度時最大。交會式街谷的最大風速則出 現在風攻角為 15 度之情況。

Tsang et al. (2011)針對不同的建築尺寸、排列間距與裙樓探討建物附近 行人風場的影響，排列間距部分設定 4 棟並排建物，尺寸為 25m(寬)、 25m (深)、125m (高)，相鄰間距 S=0、6.25、12.5、18.75、25m，進行風洞試驗。

分析結果顯示，間距 S 從 0 到 25m，街谷間最大無因次化風速分別為 1.06、

1.0、1.12、1.15、1.11，而此高風速區域均出現在單棟建築側邊，或相鄰兩 建築之通道內。結論亦提到街谷越寬越能有效改善街谷內行人強風風場。

Gu et al. (2011)配置不均勻建築型態及不規則的街谷，使用數值模擬 (CFD)探討不同建置型態的配置對不規則街谷的環境風場影響。研究結果顯 示不規則街谷內的流場型態比規則街谷更為複雜。且於不規則街谷內發現 傾斜水平交會(convergence)及開叉(divergence)流場。Hang et al.(2012)以 CFD 建構 9 排及 18 排的方型高層建築物以模擬理想化的市區街廓型態，企圖了 解建築物高度對行人通風及污染物擴散的影響。CFD 模擬結果顯示，配置 型態為 9 排排列且建築物高度變數(標準偏差在 0~57.1%)時移除污染源的移 除以平均風速決定。

Moon(2014)等人利用 CFD 模擬研究都市區域中高層建築物群聚的複雜

街谷內流場特性，研究顯示風向主導街谷內流場特性，當風場斜交或直交 街谷時，噴射汰的流場延著高層建築物的街谷出現。當風場平行街谷時平 均風速則維持在中度流速的狀況。Ramponi et al.(2015)等人亦用 CFD 探討 都市不同風向在等寬或非等寬街谷內的戶外風場流通特性，研究結果顯示 因風向的不同可能正面或負面影響主要街道下游通風效益。如果風向直交 或斜交於主要街道，其內空氣流通效果則現增加狀態，此時街谷對新鮮空 氣而言扮演流通渠道角色。若來流風向平行於街谷，跳躍流場（skimming flow）流入狹窄街谷則減少空氣流通，影響通風效益。

國內李偉誠、謝俊民等人(2011)探討連棟式住宅街廓比對街谷內風環境 影響，該研究設定街廊長寬比 1: 1 至 4:1 等 4 個案例，採用台南市 5 年夏 季氣象資料分析 8 個主要風向的韋伯機率分佈，利用 CFD 模擬不同案例都 市街廊對於該 8 個風向的受風情形，據以推估該區域內的平均風速與微風 發生機率。模擬結果顯示隨著街廓長寬比的增加，風速減緩的現象越趨明 顯著。

A.P. To,K.M.Lam(1995) 等人以在風洞進行鄰棟建築之配置型式對其周 遭行人風場之影響。配置型式有三種：單棟建築、順風向前後排列和橫風向 的左右排列，採用固定街谷寬度進行試驗，研究顯示，前後排列對行人風場 影響較小，但若以左右橫向排列，街谷的流場風速則明顯受鄰棟建物影響而 有加速的現象。

圖2-10 建築物配置型式 資料來源：【17】

T. Stathopoulos, H. Wu and C. Bedard 等人(1992)以 4 種不同建築尺寸分

別改變 8 組相鄰間距大小進行風洞試驗，探討兩棟建物街谷之地表風場特性，

結果顯示當 L/S=0.4 (L 為街谷寬，S 為斷面尺度影響因子)。時，有最大的風 速出現。

Bert Blocken, Ted Stathopoulos(2007),以 CFD 進行相鄰建物街谷風場模 擬研究，研究結果將街谷內流場分為阻抗流場、交互作用流場和獨立流場，

阻抗流場為街谷寬度很小其流場類似兩建物併排的情況，獨立流場則是街谷 寬度很大，兩建築對街谷流場不交互影響，交互作用流場則介於兩者之間街 谷內流場受兩建築物影響而互相干擾。

Bert Blocken, Ted Stathopoulos ,Jan Carmeliet, (2008),以風洞試驗進行雙 棟 狹 長 建 築 不 同 配 置 型 式 之 風 環 境 研 究 。 研 究 結 果 顯 示 ， 開 叉 式 街 谷 (diverging passage)的風速高於交會式街谷(converging passage)，同時也顯示風 速隨著街谷寬度的增加而增加。開叉式街谷風速在風攻角=0 度時最大。交會 式街谷的最大風速則出現在風攻度=15 度時。

C.W. Tsang(2012)等人針對不同的建築尺寸、排列間距與基底探討建物 附近行人風場的影響，排列間距部分設定 4 棟並排建物，尺寸為 25m(寬)、

25m (深) 、 125m (高) ，相鄰間距 S=0、6.25、12.5、18.75、25m，進行風 洞試驗。分析結果顯示，間距 S 從 0.65 到 25m，街谷間最大無因次化風速分 別為 1.0、1.12、1.15、1.11。

圖2-11 高層建築物附近風場分佈圖 資料來源：【20】

二、前期研究

Resistance Flow Interaction Flow

(c) S= 1.25D (d) S= 1.75D

Isolated Flow

Isolated Flow

Interaction Flow

當風攻角增加至-45°時，迎風面的下切流場較風攻角-25°時強，因此在

100 200 300

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(二) 103 年度自行研究案：裙樓高層建築物街谷內行人風場特性之研究 沿河岸建築物往往為了爭取最佳景觀視野及最大的建築容積，在河岸第 一排建築物儘可能的極大化，沿河岸高型巨大的建築物能美化城市的天際線 增添都市的文明感，但就風環境觀點而言，巨型化建築物將造成角隅區域環 境強風與下游區域街谷弱風問題，過度強風和微小弱風對於都市環境微氣候 都是不利因素。為促進環境通風效益，新北市政府針對板橋江翠北側重劃區，

規定建築物各幢立面最大淨寬度與基地平均寬度之百分比低於 70%之設計，

拉開了建築物間的棟距，避免過去水岸建築物臨河景觀面最大化設計方式，

對水岸都市景觀產生不良影響外，藉由環境風對流，達到通風之目的。此地 區沿河第一排街廓之高層建築物，未來進行都市設計審議，除應依相關規定

對水岸都市景觀產生不良影響外，藉由環境風對流，達到通風之目的。此地 區沿河第一排街廓之高層建築物，未來進行都市設計審議，除應依相關規定