本章利用模式 TAIVENT 2.0 模式計算熱浮力與風壓同時作用下的建築物通風，
並以案例說明自然通風的特性。案例 A 為一棟室內無隔間之建築物，建築物的地板 面積 100 m2 (長度與寬度皆為 10 m)，周遭無其他影響風場之建築物，建築物迎風面、
背風面各有一個開口，建築兩側外牆無開口，如圖 6-1。
U
圖 6-1 具加成效果之熱浮力與風壓通風 資料來源：本研究整理
1. 案例 A1：
迎風面開口位於低處，面積 A = 1.0 m2（門），背風面開口位於高處，面積 A = 1.0 m2（氣窗）。兩開口的流量係數皆設定為 Cd = 0.65。居室內部高度為 4.0 m，高 處開口接近屋頂，利用(5-7)式可計算得中性帶之高度 hn = 0.5Hb = 2.0 m，有效開 口面積 A* = 0.65 m2。由風洞實驗之結果可知無障礙物影響之建築物迎風面開口處的 風壓係數 Cpe1 = 0.50，背風面的風壓係數 Cpe2 = -0.36。
假設室外氣溫 22 oC，室內高處氣溫 27 oC。在一個標準大氣壓力(P = 101.3 kPa) 下，可求得室外空氣密度= 1.196 kg/m3，室內空氣密度= 1.176 kg/m3，密度差 異造成之浮力加速度 g= 0.166 m/s2。假設室外風速 U = 0 ~ 5.0 m/s 之間，求 取在不同風速下的通風量與小時換氣率，計算結果顯示於圖 6-2 及表 6-2。實線為室
冷空氣
熱空氣
Q
Q
hn
Hb
內外溫差為 5 oC 之結果，虛線為室內外溫差為 0 oC（風壓通風）之結果，由圖 6-2 可看出 ACH 介於 0~20 hr-1，且室外風速愈大，室內外有溫差之換氣率愈接近室內外 無溫差之結果。當室外風速 U > 3 m/s，熱浮力對通風之影響可忽略。
表 6-1 建築物之尺寸與室內外氣溫 建築物 尺寸 (m) 地板面積 100 m2 居室高度 H (m) 迎風面開口面積 1.0 m2 背風面開口面積 1.0 m2 室外氣溫 22 oC 室內氣溫 27 oC (資料來源：本研究整理)
0 5 10 15 20 25
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 U (m/s)
AC H
圖 6-2 室外風速對換氣率之影響（實線為室內外溫差T = 5 oC 之結果，
虛線為室內外溫差T = 0 oC 之結果）
資料來源：本研究整理
表 6-2 室外風速對建築物換氣率之影響
高處開口之距離 2.0 m，室內外溫差介於 0 ~ 14 oC 之間，求取在不同溫差下的通風 量與小時換氣率，圖 6-3 中實線為室外風速 U = 2.0 m/s 之結果，虛線為室外風速 U
= 0 之結果。結果顯示溫差愈大，換氣率愈大。
表 6-3 室內外溫差對建築物換氣率之影響 U = 2.0 m/s U = 0 m/s
T (oC)
Q (m3/s) ACH Q (m3/s) ACH 0 0.852 7.67 0.000 0.00 1 0.869 7.82 0.167 1.50 2 0.884 7.96 0.236 2.12 3 0.900 8.10 0.289 2.60 4 0.915 8.24 0.333 3.00 5 0.930 8.37 0.373 3.36 6 0.945 8.51 0.408 3.68 8 0.974 8.77 0.472 4.24 10 1.002 9.02 0.527 4.75 12 1.030 9.27 0.578 5.20 14 1.056 9.51 0.624 5.62 資料來源：本研究整理
3. 案例 A3：
假設室外氣溫 22 oC，室內高處氣溫 27 oC，室外風速 U = 2.0 m/s，建築物高 度介於 2 ~ 30 m 之間，探討建築物高度 Hb對換氣率之影響。圖 6-4 中實線為風速 U = 2.0 m/s 之結果，虛線為 U = 0 m/s 之結果（浮力通風）。結果顯示建築物高度愈大，
換氣率愈小，這是因為建築物高度變大，浮力通風量 Q 會變大，但室內體積亦隨之 增加，故導致換氣率變小。
0 5 10 15 20
0 5 10 15 20 25 30
H
b(m)
AC H
圖 6-4 建築物高度對換氣率之影響（實線為風速 U = 2.0 m/s 之結果，
虛線為風速 U = 0 之結果）
資料來源：本研究整理
表 6-4 建築物高度對建築物換氣率之影響 U = 2.0 m/s U = 0 m/s H (m)
Q (m3/s) ACH Q (m3/s) ACH 2 0.893 16.07 0.265 4.77 3 0.912 10.95 0.325 3.89 4 0.931 8.38 0.375 3.37 6 0.968 5.81 0.459 2.75 8 1.004 4.52 0.530 2.38 10 1.038 3.74 0.593 2.13 12 1.071 3.21 0.649 1.95 16 1.135 2.55 0.749 1.69 20 1.195 2.15 0.838 1.51 24 1.253 1.88 0.918 1.38 28 1.308 1.68 0.991 1.27 資料來源：本研究整理
4. 案例 B1：
案例 B 為一棟室內無隔間之建築物，建築物的地板面積 100 m2 (長度與寬度皆 為 10 m)，周遭無其他影響風場之建築物。迎風面開口（面積 A = 1.0 m2）在高處，
背風面開口（面積 A = 1.0 m2）在低處，如圖 6-5 所示。迎風面開口處的風壓係數 Cpe1 = 0.88，背風面的風壓係數 Cpe2 = -0.36。兩開口的流量係數皆設定為 Cd = 0.65，
有效開口面積 A* = 0.65 m2。熱浮力驅使熱空氣由建築物高處開口（迎風面開口）流 出，冷空氣由建築物低處開口（背風面開口）流入補充。但風壓力驅使空氣由迎風 面開口流入，背風面開口流出，熱浮力與風壓通風效果互相抵銷。
U
Q
熱空氣
圖 6-5 具抵銷效果之熱浮力與風壓通風 資料來源：本研究整理
假設室外氣溫 22 oC，室內高處氣溫 27 oC，居室高度 Hb = 4.0 m，室內溫度界 面離高處開口之距離 h = 2.0 m，室外風速 U = 0 ~ 5.0 m/s 之間，計算不同室外風 速下的通風量與小時換氣率。圖 6-6 的實線為室內外溫差 5 oC 之結果，虛線室外無 溫差（風壓通風）之結果。可看出室外風速 U < 1.0 m/s 時，熱浮力與風壓具抵銷 效果。但室外風速 U > 3.0 m/s 時，熱浮力對通風之影響可完全忽略，風壓通風為 主要的影響參數。
冷空氣
h
Q
0
下的通風量與小時換氣率，圖 6-7 中實線為室外風速 U = 2.0 m/s 之結果，虛線為
6. 案例 B3：
假設室外氣溫 22 oC，室內高處氣溫 27 oC，室外風速 U = 2.0 m/s，建築物高 度 Hb介於 2 ~ 28 m 之間，探討建築物高度對換氣率之影響，計算結果見表 6-4。圖 6-8 中實線為風速 U = 2.0 m/s 之結果，虛線為 U = 0 m/s（浮力通風）之結果。此 圖顯示建築物高度愈大，換氣率愈小，這是因為建築物高度變大，雖然浮力通風量 Q 會變大，但室內體積亦隨之增加，故導致換氣率變小。
0 5 10 15 20
0 5 10 15 20 25 30
Hb (m)
ACH
圖 6-8 建築物高度對具抵銷效果之浮力與風壓通風的影響（實線為室內 溫差T = 5 oC 之結果，虛線為T = 0 oC 之結果）
資料來源：本研究整理
由以上的計算結果可知：不論風壓通風或熱浮力通風，建築物開口面積為最主 要影響通風量之參數，也是最容易控制之參數。建築物若想充分利用自然通風，建 築物應該在盛行風向的迎風面、背風面皆有大型開口。開口面積愈大，有效面積 A*
愈大，通風量愈大。建築物應多設置使用者可自行開關的門窗，以利自然通風之利 用。若想利用熱浮力通風，建築物應該在高處及低處皆有大型開口，且室內要有熱 源。依據建築技術規則建築設計施備編(2009)第 102 條訂定之起居室、臥室、私人 辦公室單位樓地板面積最小的換氣量為 8.0 m3 hr-1 m-2，計算得此流況下之 ACH = 1.95。由表 6-4 的結果可知：各個風向的換氣量皆滿足建築技術規則的標準。
表 6-7 建築物高度對建築物換氣率之影響
本計畫利用 TAIVENT 2.0 模式評估該會議廳的熱浮力通風狀況，簡君翰(2009) 中的數據：講台進氣口總面積 5.12 m2，後方出風口面積 14.22 m2，通風塔出風口面 積 18.08 m2，流量係數皆設定為 Cd = 0.65 可計算得：在外氣溫度 23 oC，廳內高處(觀 眾席後三排)氣溫 28 oC，室外風速 U = 0 m/s 各種使用狀況下，自然通風量列於表 6-8，計算結果與簡君翰(2009)利用 CFD 模式得到之通風量與換氣率相近。
表 6-8 魔法學校會議廳自然通風量與換氣率之比較
狀況 無室內發散熱 白天使用 夜間使用 項目
總發熱量 9360 W 29640 W 20280 W
內外溫差 2 oC 5 oC 4 oC 進口面積 A1 3.45 m2 5.12 m2 5.12 m2 出口面積 A2 18.08 m2 18.08 m2 14.22 m2 重要參數
高度差 H 9.0 m 9.0 m 5.7 m 通風量 2.79 m3/s 6.34 m3/s 5.17 m3/s CFD 模式
換氣率 3.62 8.23 6.72
通風量 2.45 m3/s 5.29 m3/s 4.02 m3/s TAIVENT 模式
換氣率 3.18 6.86 5.22
資料來源：本研究整理