風洞試驗

開 始 風 洞 試 驗 之 前 先 要 決 定 好 縮 尺 及 模 擬 的 範 圍 ， 並 且 模 擬 現 地 正 確 的 流 場 特 性，除 此 之 外，基 地 模 型 的 製 作 力 求 與 現 地 符 合(包 括 鄰 近 建 築 物 的 外 型 、 樓 層 數 ， 以 及 空 地 分 佈 、 圍 牆 、 樹 木 的 模 擬

製 作 等)。另本案在評估主建物附近行人風場的特性時，對於測點的

選 定 、 分 佈 基 本 上 根 據 人 員 的 各 種 需 求 性 來 作 選 擇 。 一 、 來 流 特 性

考 慮 本 案 為 大 都 市 邊 緣 之 地 形 ， 故 以 中 度 開 發 區 域(B 地 況)模 擬，其 平 均 風 速 剖 面 採 取 指 數 律 α=0.25 模式，Zδ約 為 400m。以此 依 據 ， 可 得 到 在 風 洞 內 所 模 擬 之 邊 界 層 縮 尺 應 該 在 1/300。 至 於 主 建 築 物 附 近 的 風 場 變 化 則 由 實 際 的 地 形 及 建 築 物 模 擬 來 產 生 。

本 案 使 用 錐 形 擾 流 板 和 配 套 之 粗 糙 元 組 合 ， 在 風 洞 之 測 試 段 內 建 立 與 現 場 情 況 相 當 之 等 比 例 縮 尺 大 氣 邊 界 層 來 流。圖 4-11 分別顯 示 順 風 方 向 之 平 均 流 速 及 紊 流 強 度 隨 高 度 變 化 之 剖 面 曲 線 。 其 中 ， 地 表 最 大 紊 流 強 度 約 27 %，建築等高位置處紊流強度約 20 %。

進 行 風 洞 實 驗 時 為 了 能 使 縮 尺 模 型 的 風 速 量 測 能 適 當 地 用 於 實 際 風 場 ， 所 量 測 的 各 個 地 表 風 速 必 須 對 一 穩 定 的 參 考 風 速 作 無 因 次 化，本 實 驗 選 取 模 型 上 游 大 氣 邊 界 層 高 度 δ(140 公分)的量測風速作 為 參 考 風 速 。

二 、 地 形 地 貌 及 建 築 物 之 模 擬

本 案 環 境 風 場 評 估 之 風 洞 試 驗 ， 市 街 及 建 築 物 之 模 擬 範 圍 是 以 基 地 主 建 築 物 為 中 心 ， 在 半 徑 450 m 內之鄰近建築物全依縮尺比例 製 成 模 型 置 於 風 洞 試 驗 段 之 轉 盤 上 。 模 型 之 製 作 是 根 據 主 要 建 築 基 地 及 附 近 區 域 的 建 築 物 分 佈 圖 、 鄰 近 建 築 物 的 樓 層 數 以 及 空 地 分

佈 ， 進 行 正 確 的 舖 設 。 其 中 針 對 主 建 築 物 的 模 型 製 作 ， 需 考 慮 建 築 細 部 的 造 型 。 至 於 模 擬 範 圍 內 的 其 他 建 築 物 則 大 致 模 擬 其 形 狀 及 高 度 ， 不 考 慮 造 型 上 的 細 節 變 化 。 本 試 驗 採 用 高 強 度 紙 板 做 為 主 建 築 物 之 模 型 材 料 ， 而 周 圍 建 築 物 模 型 材 料 則 主 要 為 保 麗 龍 及 高 強 度 紙 板 。

三 、 測 點 選 定

風 洞 試 驗 受 量 測 儀 器 與 時 間 人 員 的 限 制 ， 無 法 全 面 量 測 模 擬 範 圍 內 所 有 位 置 之 風 速 ， 須 選 擇 具 有 代 表 性 及 重 要 的 點 位 進 行 風 速 ， 以 檢 視 其 舒 適 性 與 安 全 性 。 評 估 點 應 選 擇 在 基 地 四 周 可 能 發 生 強 風 之 處 及 行 人 常 出 沒 的 地 方 ， 可 藉 由 煙 流 觀 察 及 學 理 判 斷 。 評 估 點 數 目 視 基 地 大 小 而 定 ， 大 多 介 於 20-40 點。評估點位置可分為近地面 之 測 點 與 非 近 地 之 測 點 ［2］：

(一)近地面之評估點：

評 估 點 位 於 離 地 面 1.5~2.0m 高 處 ， 主 要 考 慮 對 地 面 行 人 之 影 響 。

(1) 基地四周的人行道、建築物的出入口。

(2) 主建築物的迎風面、背風面及角隅。

(3) 基地附近的街道及窄巷。

(4)基地四周易受風害影響的區域，譬如學校、公園、露天座椅、公 車 站 、 醫 院 、 療 養 院 及 幼 兒 遊 戲 設 施 等 。

(二)非近地面之評估點：

(1)主建築物的陽台、露台或其他設施的頂部。

(2)主建物透空或開口之處。

(3)基地四周高層建築物的陽台、露台或其他設施的頂部。

(4)主 建 築 物 周 遭 之 木 造 建 築 物 或 大 型 看 板 等 易 受 強 風 影 響 之 構 造 物 。

為 了 能 夠 適 當 地 評 估 新 建 大 樓 對 其 鄰 近 環 境 可 能 造 成 的 風 環 境

影 響 ， 首 先 以 煙 流 在 風 洞 內 進 行 風 場 的 可 視 化 試 驗 ， 定 性 地 觀 察 出 在 模 擬 範 圍 內 可 能 出 現 的 較 高 風 速 區 域 。 在 主 建 築 物 附 近 ， 考 慮 下 洗 氣 流 的 影 響 區 域 ， 行 人 及 車 輛 出 入 口 、 停 車 場 及 設 計 供 休 憩 的 區 域 ， 例 如 建 築 物 下 方 轉 角 處 、 巷 道 風 等 流 場 可 視 化 結 果 作 為 佈 點 之 參 考 。 其 他 鄰 近 區 域 ， 考 慮 主 建 物 與 建 後 造 成 氣 流 下 洗 及 尾 跡 風 壓 的 影 響 ， 如 巷 道 風 ， 及 周 圍 地 物 易 造 成 高 風 速 處 常 見 如 空 地 及 其 旁 之 巷 道 ， 其 他 考 量 因 素 尚 包 括 有 各 區 域 的 使 用 性 質 ， 例 如 行 人 將 會 密 集 使 用 的 建 築 物 出 入 口 、 鄰 近 人 行 道 、 休 憩 場 所 等 ， 或 是 學 校 等 公 共 場 所 。

本 研 究 總 共 設 置 了 36 個測點，其分佈如圖 4-12 所示。根據上 述 對 測 點 性 質 的 討 論 可 概 括 地 區 分 為 ：

基 地 南 側 ：S1~S7。

基 地 中 心 ：C8~C28 基 地 北 側 ：N29~N36 四 、 試 驗 量 測 項 目

本 案 針 對 興 建 大 樓 周 圍 的 行 人 高 度 風 場 環 境 進 行 模 型 試 驗 。 風 洞 模 型 試 驗 主 要 可 分 為 大 樓 興 建 前 及 完 成 後 兩 個 部 分 。 兩 部 分 之 實 驗 ， 風 向 角 的 選 取 均 自 正 北 開 始 ， 每 22.5 度量測一次共取 16 個風 向 角 。 模 型 上 共 設 置 36 組 Irwin probe（見圖 4-13）以量取行人高 度 風 速 。 所 有 地 表 量 測 風 速 均 對 設 置 於 上 游 邊 界 層 高 度 的 風 速 量 測 值 作 無 因 次 化 。 如 此 各 組 實 驗 所 得 之 Ui/UR，i=1~36， 方 可 配 合 台 北 氣 象 站 的 風 速 風 向 資 料 進 行 後 續 的 評 估 工 作 。

(a)平均風速剖面 (b)紊流強度剖面

圖 4-11 來 流 風 速 剖 面 與 紊 流 強 度 剖 面 資 料 來 源 ： 【 本 研 究 繪 製 】

U(z)/U_R z/ZR

0 0.4 0.8 1.2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Z_R=160 cm α=0.24

U_rms/U(z) , % z/ZR

0 5 10 15 20 25 30

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 ZR=140cm

α=0.24

圖 4-12 測 點 分 布 圖 資 料 來 源 ： 【 本 研 究 繪 製 】

圖 4-13 主 建 物 周 圍 Irwin probe 設 置 圖 資 料 來 源 ： 【 本 研 究 拍 攝 】

五 、 各 級 風 速 標 準 發 生 機 率 及 評 估 方 法

本 研 究 結 合 本 所 風 洞 實 驗 室 所 得 各 風 向 角 數 據 ， 以 無 因 次 化 風 速 為 基 礎 ， 配 合 氣 象 局 風 向 風 速 資 料 計 算 各 級 風 速 發 生 頻 率 ， 並 進 行 舒 適 度 評 估 。 本 案 分 析 流 程 大 致 如 下 ：

(1) 風洞實驗室所量測到各風向測點風速除以邊界層厚度處風速，使 其 成 為 無 因 次 化 風 速 。

(2) 利 用 無 因 次 化 風 速 和 實 際 風 場 成 比 例 的 關 係 求 得 邊 界 層 高 度 的 評 估 風 速 。

(3) 將邊界層高度的評估風速代入各風向風速機率函數，求得各風向 測 點 發 生 機 率 。

(4) 最 後 將 各 風 向 測 點 發 生 機 率 分 別 累 加 ， 則 各 測 點 發 生 機 率 為 所 求 。