研究文獻

以下針對近幾年來與建築物通風有關的研究文獻做一個回顧，以瞭解國內 外最新的通風研究：

周伯丞 (2000)針對台灣地區的氣候環境，運用標準

^{k  }

^{k  }

^{k  }

而台灣地區的春、秋季適合自然通風，可利用門窗之間的風壓差異，形成貫流 通風，維持室內舒適性。且風壓通風之效果隨著室外風速增大而漸增。但在冬 季時期，因在夜間睡眠時段常緊閉門窗以保持室內溫暖，不利於自然通風。

Allocca et al. (2003)利用k - 紊流數值模式探討風壓和浮力合併作用下單側 通風的流況，並提出一個半解析模式分析數值模式的結果。其研究成果顯示依 據數值模式之結果計算換氣率(ACH)和半解析解相差約為10%，但數值模式對於 邊界條件如何設定非常敏感，且計算區域僅限於室內環境會造成極大的誤差，

必須同時模擬室外與室內的風場。

第二章 文獻回顧

Chang et al. (2003)利用大渦流模式(Large Eddy Simulation, LES)模擬室外空 氣污染物流入建築物內的問題，模擬十二種開口配置的形式，研究其室內、外 空氣交換率和室外汙染物在室內擴散的速率。迎風面設置開口為改善室內空氣 品質的一個重要關鍵。而在側風面與背風面增設開口能有效地維持適當的空氣 交換率，可幫助降低室內汙染物的濃度。

邱瓊萱 (2004)利用計算流體動力學(CFD)數值模式模擬垂直通風管對自然 通風的影響，數值模式選用標準k 紊流模式計算穩態風場下的室內通風路徑 及換氣率，用以評估各種通風管管頂形式對於室內通風的實質效益。作者認為 在低層建築或換氣較差之單側通風居室，在裝設通風管後可有效提昇室內換氣 率3.6~4.8 倍，但此結果並未經由實驗數據驗證。

Evola and Popov (2006)利用標準 k 模式和重整化群(Renormalization Group, RNG) k 模式研究風壓通風的問題，流況包括貫流通風和單側通風。

兩模式計算結果與風洞實驗之數據比較後發現：標準k 紊流模式的計算結果 誤差較大，重整化群(RNG)模式的結果則較接近實測之通風量。

蘇裕民 (2006)利用計算流體動力學(CFD)數值模式探討小型建築中庭的浮 力通風問題，研究成果發現室外無風時，中庭開口面積、開口高差的增加會增 大換氣率。在室外有風且室外風速小於1.5~2.0 m/s 時，會形成風壓與浮力換氣 路徑相反的現象，削弱室內浮力通風的效果；當室外風速達到2.0 m/s 時，風壓 通風會大於浮力通風，中庭內的通風路徑則由風壓通風主導。

Chang (2006)和張瑋如 (2006)利用二維 k 紊流模式探討室外植栽風擋對 於兩層樓建築物貫流通風的影響，研究結果發現植栽孔隙率小於等於 0.1 時，

背風面壓力係數會高於迎風面的壓力係數。因此，孔隙率過低時會產生逆向通 風的現象，造成循環氣流或停滯氣流、通風不佳的效果。靠近建築物設置植栽 對二樓不但沒有遮蔽效應，反而在植栽的孔隙率較大時，會產生比原本更強勁 的風速，故圍籬應避免太靠近建築物。因此，建築設計師選擇植栽風擋必須慎 選之。

Bauman et al. (1998)用風洞實驗量測兩排相鄰低層建築物和不同屋頂開口

其壓力分佈。他們的研究結果表明，當建築物間距小於 1 倍建築物高度，會出 現相鄰建築物的遮蔽效應，導致降低風速和風力驅動的通風量。

Chang and Meroney (2003) 用風洞試驗和k 模式研究低層建築環境的影 響建築物的壓力分佈，其結果顯示當兩棟建築物的距離為一半建築物高度時，

主建築物的風壓係數會減少80%以上。這篇文章還採用Oke (1998)對流況的分 類，當建築物間距S/H > 5.0時(H為建築物高度)，流況為獨立流(independent flow)，上風建築物的尾流場不會影響下風建築物；當建築物間距S/H < 1.2時，

流況為掠過流(skimming flow)，氣流直接由建築物上方掠過，建築物之間的風 速小；當建築物的間距S/H = 1.2 ~ 5.0時，流況為尾跡干擾流(wake interference flow)，上風建築物的尾流場會影響下風建築物周遭的流場。

秦子傑 (2006)利用風洞實驗和計算流體力學(CFD)研究垂直通風管的實際 效能，其方式先利用風洞實驗驗證、比對數值模式之結果。待比對完成後，再 將風洞試驗段重建於數值模式中，探討其他變因對通風管流況的影響。本研究 證實垂直通風管是一種有效的自然通風設備，此種通風方式適合應用於室內通 風量不足的空間中，經實驗証實通風管外形、室內發熱量、與開口內外壓力差 皆會影響通風管的換氣效果。並建議採用非穩態方式方能精確地模擬實際氣流 狀況。

陳念祖 (2007)以單側及側向開口模式為探討對象，針對開口裝設水平及垂 直導風板對自然通風效益之影響。研究方法運用計算流體力學(CFD)數值模擬方 式進行，配合全尺模型實驗檢證數值模式之可信度，研究結果顯示：(1)單側開 口裝設水平導風板模式時，9 cm 以上水平導風板有助於提升單側通風時之換氣 率，並隨導風板深度而遞增，尤其當外部風速小的時候較為明顯，若綜合考量 各評估項目，導風板深度以18~48 cm 為較佳的選擇。(2)側向開口裝設垂直導風 板模式，在外部風速（0.5~2.0 m/s）條件下，當風向平行於建築物開口時，裝 設垂直導風板之平均換氣次數約可較無導風板者增加260%，其中以導風板角度 45°較佳。當風向與建築立面成 45°時，導風板角度 0°~22.5°有利於室內流場均 勻。綜合評估後，依照不同風向提出最佳化的垂直導風板角度調變模式。

第二章 文獻回顧

劉姵君 (2007)利用 k 模式、零方程式(Zero equation)、層流數值模式和縮 尺模型實驗研究中庭建築之通風性能，結果顯示在室外無風狀態下，室外溫度 對室內溫度場影響甚鉅。欲藉由室內產生之熱量(內部負荷)驅動的浮力通風，其 降溫效果並不顯著，必須輔以其他自然通風(風壓通風)或機械設備來達成室內降 溫之目的。而開口位置所形成之換氣路徑愈直接則降溫效果愈佳，開口數量愈 多亦能改善室內熱環境，但影響之程度有限；當室外溫度超過30^oC 時，天窗的 影響不顯著。

Kim et al. (2010) 用於風洞試驗和標準 k 模式模擬探討封閉式商場的通 氣性能。模擬的結果主要來分析四種不同屋頂開口和屋頂高其的通風量。他們 的研究結果表明，當市場屋頂高度從4.5 m 提高到 6.5 m 時市場內的空氣交換 率會增加35%左右。

吳玉婷(2010)以成功大學的綠色魔法學校為案例，利用 k 模式及縮尺模 型實驗研究太陽能煙囪(Solar chimney)對熱浮力通風之影響。研究結果發現在夏 季及春秋兩季的狀態下，太陽能煙囪的通風量皆遠大於法定換氣量，符合基本 換氣需求。但對人體熱舒適而言，太陽能煙囪在春秋季適用性較夏季高，當春 秋季室外氣溫26 ^oC 時，其室內溫度介於 26~27.2^oC，自然通風可產生室內風速 0.1~0.2 m/s，約可降溫 0.5~1.1 ^oC，符合春秋季 90%群眾可接受之溫度 23.5~28.5

oC，而夏季室外氣溫 30 ^oC 時，室內溫度則只符合 80%群眾可接受之溫度。該研 究亦發現室外風速可增加通風效益，在相同之室內發散熱設定下，室外有風比 無風狀態的通風量增加約 13.4~22.2%，其中以春秋季下午增加最多，夏季上午 增加最少。

(2) 風洞實驗：

風洞實驗室內之儀器設備，因為控制性佳，可重複性高，且量測之數據可 供數值驗證之用。因此可以在實驗室內，針對特定的風場現象，就其中重要的 參數進行一系列的實驗，來探討這些參數如何影響風場及其內在的機制。譬如 Ohba et al. (2001)利用裂膜(Split film)探針量測前後皆有開口之建築物模型的室

內風場。研究顯示氣流在進入模型之中，因受到模型外迎風面前的渦流影響而 向下流動，並在模型內形成逆時針方向的循環渦流，由背風面開口離開模型的 氣流會因為外部流場的逆流而向上流動。而外部來流入射角範圍在 40°~60°之 間，流場在開口處的動壓會因為其分離流加速的影響隨著入射角角度增加而增 加，導致通風流量也隨之增加。在迎風面開口的長寬比為 1:2 的情況下，風向 角在0°~80°之間，則流量係數 Cd = 0.7 幾乎不變。

Kurabuchi et al. (2004)提出一個局部動力相似(Local dynamic similarity)理 論，認為開口的流量係數與風向角、開口位置、開口附近是否有建築物的情形 皆無關，僅與無因次壓力PR*有關：

t W R

*

R

P

P

P P 



式中PR為室內壓力，Pw為風壓，Pt為正切於開口處的動壓力。此相似理論並經 由風洞實驗和大渦流模式(Large Eddy Simulation, LES)的驗證。亦即在任何風向 角度和開口位置，皆可由無因次壓力PR*準確的預測出流量係數。

Chiu and Etheridge (2007) 利 用 風 洞 實 驗 探 討 外 部 風 場 對 銳 緣 開 口 (Sharp-edged opening)和長開口(Long opening)之流量係數的影響，發現流量係數 會隨風向角而變。作者並利用計算流體動力學(CFD)分析不同流場對開口流量係 數的影響。其研究結果顯示：前人的研究之流量係數都是在穩態風場的狀態下 所訂定的，並不適用於各種流況下的通風量計算。利用在穩態的氣流狀態下求 出的流量係數計算非穩態風場中的自然通風容易有錯誤。

Chu et al. (2009)利用理論分析和風洞實驗研究室外紊流風場對無隔間建築 物貫流通風之影響，探討不同的風向、風速、外部開口形狀對於貫流通風的影 響。風洞實驗結果發現：在高雷諾數的狀況下，開口的流量係數不會隨室外風 速、風向、開口形狀而變，可視為定值。但低雷諾數的狀況下，流量係數不隨 室外風速而變，但會隨雷諾數、風向而變。由實驗數據迴歸分析，可建立各種 狀況、雷諾數之流量係數的計算公式。本研究並利用流體力學原理推導得一個 風壓平衡模式，可由室外風壓係數和開口的流量係數求得室內風壓係數和通風

Chu et al. (2009)利用理論分析和風洞實驗研究室外紊流風場對無隔間建築 物貫流通風之影響，探討不同的風向、風速、外部開口形狀對於貫流通風的影 響。風洞實驗結果發現：在高雷諾數的狀況下，開口的流量係數不會隨室外風 速、風向、開口形狀而變，可視為定值。但低雷諾數的狀況下，流量係數不隨 室外風速而變，但會隨雷諾數、風向而變。由實驗數據迴歸分析，可建立各種 狀況、雷諾數之流量係數的計算公式。本研究並利用流體力學原理推導得一個 風壓平衡模式，可由室外風壓係數和開口的流量係數求得室內風壓係數和通風