文獻回顧

建築環境風場的影響，可從微小至巨大而論，在建築物興建前後的 差異，可能會造成民眾的居住環境上的不適，或是環境生態的改變，而 隨著國民所得水準提昇，人類對生活環境品質之要求已超越「安全」這 基本項目，進而對「舒適」與「健康」之生活空間有更強烈之需求。尤 其對高層住宅大樓，當其樓層30 層以上或高度 100 公尺以上，辦公、商 業或綜合性大樓，其樓層 20 層以上或高度 70 公尺以上，依環保署發布 之「環境影響評估法」，皆應實施環境影響評估。

就行人風場量測方法而言，可分為定性化與定量化二種，定性化可 於量測過程中得知現行點位之主要風向，而定量位可測得該點位之平均 與擾動風速。以下則就常用於風洞實驗之量測方法加以介紹:

1.可視化方法-棉纖維

這方法主要在於決定測點迎風向及描繪流場特性，這些面先被安置 於建築物周遭，隨著來流風向不同可，沿著垂直軸自由轉動，搭配高速 攝影機或照相機採不同快門速度的設定，可即時擷取建築物周遭流場的 風向影片，ㄧ般而言，快門速度設定小於 4 秒之拍攝結果較能準確判定 出風向。

圖 1-1 棉纖可視化示意圖 資料來源:參考書目 1

2.可視化-細砂

於建築模型附近放置充滿細砂均勻薄層，然後風洞之風場以模擬暴 露在空氣中大氣邊界層條件下具有恆定風速的邊界層，當建築物行人風 場形成，風速持續增強下，越來越多的細砂將因風速增強而被掃除。搭 配照片拍攝於不同風速下之細砂掃除情形，就可據以研判行人風場風向 特性。

圖 1-2 細砂可視化示意圖 資料來源:參考書目 1

3.熱線式風速計

可測得風場之平均與擾動風速，但卻無法測得風向，其運作原理係 將一根細的金屬絲放在流體中，通電流加熱金屬絲，使其溫度高於流體 的溫度，因此將金屬絲稱為『熱線』。當流體沿垂直方向流過金屬絲時，

將帶走金屬絲的一部門熱量，使金屬絲溫度下降。常用的有兩種方法：

一是定電流法，即加熱金屬絲的電流不變，氣體帶走一部分熱量後金屬 絲的溫度就降低，流速愈大溫度降低得就愈多；測得金屬絲的溫度則可 得知流速的大小。另一種是定電阻法（即定溫度法），改變加熱的電流使 氣體帶走的熱量得以補充，而使金屬絲的溫度保持不變（也稱金屬絲的 電阻值不變）；這時流速愈大則所需加熱的電流也愈大，測得加熱電流值 則可得知流速的大小。

圖 1-3 Hot wire 與校正系統 資料來源:本研究

4. 歐文探針 Irwin Probe (IRP)

Irwin 於 1981 年所發展出來的無方向性地表風速計測器來進行[2,3]，其原 理是利用管與管中之細管(即管中管，內外兩管共一中心軸，但內管突出較高)，

兩者間之壓力差，參照預先率定之結果，可迅速、正確地量測到行人高度上之 水平風速。如下圖1-4 所示。而其風速計算方式如下式所示，其中 u 為風速，

△P 為上述兩內外管之壓力差，α、β 則為公式常數。

進行試驗前須率定每個地表風速計(Irwin Probe) 之 α、β 值方能進行風速計算，

本實驗室在研究時採用三維動態皮托管進行率定，如圖1-5 所示。將三維動態 皮托管探針放置接近地表風速計處，同時量測8 個風速點，將動態皮托管及地 表風速計之壓力差繪製如圖1-6 所示，進行線性迴歸即可得 α、β 值。

  圖 1-4 地表風速計

剖面圖

圖 1-5 使用動態皮托管 校驗地表風速計

圖 1-6 地表風速計校正回歸 線

P u  

5. 粒子圖像測速儀(Particle Image Velocimetry measurement)

粒子圖像測速法，是七十年代末發展起來的一種瞬態、多點、無接 觸式的鐳射流體力學測速方法。近幾十年來得到了不斷完善與發展，PIV 技術的特點是超出了單點測速技術的局限性，能在同一瞬態記錄下大量 空間點上的速度分佈資訊，並可提供豐富的流場空間結構以及流動特性。

PIV 技術除向流場散佈示蹤粒子外，所有測量裝置並不介入流場。PIV 測 速方法有多種分類，無論何種形式的 PIV，其速度測量都依賴於散佈在流 場中的示蹤粒子，PIV 法測速都是通過測量示蹤粒子在已知很短時間間隔 內的位移來間接地測量流場的瞬態速度分佈。若示蹤粒子有足夠高的流 動跟隨性，示蹤粒子的運動就能夠真實地反映流場的運動狀態。因此示 蹤粒子在 PIV 測速法中非常重要。在 PIV 測速技術中，高質量的示蹤粒 子要求為：（1）比重要盡可能與實驗流體相一致；（2）足夠小的尺度；（3）

形狀要盡可能圓且大小分佈盡可能均勻；（4）有足夠高的光散射效率。

雖然經由拍照判讀可同時求得自由風場中之風速與風向，但對於複雜建 築地況中之行人風場而言，卻不易藉由示蹤粒子求得。

6.雷射都普勒速度儀 (Laser-Doppler Anemometry)

雷射都普勒速度儀使用在風場中彼此交叉的兩激光束，可精確測量 流體的速度，屬非侵入式測量技術，儀器如圖 1-7 所示。

圖 1-7 雷射都普勒速度儀 資料來源:參考書目 5

7.紅外線熱成像技術

紅外線掃描技術可同時進行特定測點與區域面範圍內之風速量測。

Yamada 等人[5]和 Wu 及 Stathopoulos [6]已經使用這種技術測量行人風 場，利用真實存在於建築物表面與附近行人風場間熱傳遞效應，得到溫 度分佈的熱圖像模型，經Wu 和 Stathopolous 使用紅外線評估各種建築物 配置下Pedestrian Level Wind (PLW)的熱成像技術，得到的結論是:這種技 術應可用於研究整體風的影響，而不僅僅是針對特定風速測點。

8. 眼鏡蛇探頭 (Cobra Probe)

眼鏡蛇探頭是一種多孔壓力探頭(圖 1-8)，可提供動態三維風速和局 部靜態壓即時測量[7]，配合裝三維移動機構，使眼鏡蛇探頭能移動到所 需位置測量 PLW。移動機構如圖 1-9 所示，可於整體模型上之建築物或 庭院入口處與空間道路點等進行測量。

圖 1-8 眼鏡蛇探頭 資料來源:參考書目 7

圖 1-8 眼鏡蛇探頭與移動機構配置 資料來源:參考書目 8

9.煙霧流場可視化

於特定測點量測 PLW 的缺點是僅能就特定點取得定量數據，但結合可 見煙霧流入模型建築物中的方法，便可同時觀察到整體風場流動情形。

（圖1-9）所示可以通過觀察來確定煙流模式如何影響行人在街道行走的 舒適度。

圖 1-9 煙霧可視化(下沉氣流) 資料來源:參考書目 9

目前本所風雨風洞實驗室所採用的煙流風場可視化做主要設備包括 煙霧產生器、煙霧導引管、氫離子雷射光幕設備及其冷卻系統、數位攝

影器材等，各設備規格性能如下:

l. 煙霧產生器: Antari 廠牌， Fogger X-530 型，熱能為2200W ，煙霧釋 放壓力為17 .5KPa， 100%煙霧釋放濃度下之釋放率為6min/L。

2. 煙霧導引管:制式直徑1 英吋鍍鋅鋼管，長度有15cm 及30cm 兩種。

3. 氫離子雷射光幕設備:美國Coherent 廠牌， Innova 70C-5 型，藍/綠多 重光5W，單頻雷射系統。

4. 雷射密閉循環式冷卻系統:台灣R I A IR 廠牌， RC-5 型，水冷式系 統，冰水槽130L 。

5. 數位攝影器材:數位相機OLYMPUS 廠牌， E1 型。數位攝影機JVC 廠 牌'GZ-MG50型。

煙霧產生器 氫離子雷射光幕

光源噴頭 冷卻系統 圖1-10 煙流可視化系統

資料來源:本研究