第五章 TAIVENT 計算模式
第三節 TAIVENT 模式介紹
本計畫所發展的通風模式TAIVENT (Taiwan Natural Ventilation Model)，為了方 便使用者輸入建築物的相關參數，利用Visual Basics 程式語言寫了一個 Windows 中 文介面程式，通風流量的計算則採用 Fortran 程式撰寫。TAIVENT 模式的使用者僅 需在Windows 介面上輸入建築物的相關參數，便可執行建築物通風量的計算，最後 再將計算得之通風量和換氣率存入指定的檔案內即可。
以下針對Windows 介面的使用做一簡單介紹：圖 5.10 為通風模式 TAIVENT 的 首頁，按下一頁即可進入建築物座落位置與環境參數的輸入介面，圖 5.11 為建築物 座落位置與環境參數的輸入介面，建築物座向的定義為建築物大門與正北方的夾 角，即為圖中的，而建築物為逆時針旋轉。此 Windows 介面的使用者可以點選下 拉式選單選擇建築物座落的縣市，選擇完後各地的環境參數(溫度、濕度、平均風向、
盛行風向)會自動顯示於螢幕上，使用者只需在輸入建築物座向即可再按下一頁。圖 5.12 為建築物尺寸參數的輸入介面，使用者在此介面可以輸入建築物的樓層尺寸與 每個房間的尺寸大小，按下確定鍵模式可以自動算出樓層與各房間體積，再按下一 頁進入建築物外部開口參數的設定。圖 5.13 為建築物外部開口參數的輸入介面，開 口的順序以大門（或落地窗）的面為第一個面，逆時鐘旋轉依序增加，在介面中分 別輸入開口正中心的水平與垂直座標，然後設定每個開口的尺寸，而介面中可以選 擇此外部開口是否有裝設紗網或百葉窗，若無點選擇便是開口無加裝物，再按確定 鍵即可跳入下一頁。圖 5.14 為 TAIVENT 輸入檔與計算結果儲存介面，在介面顯示 輸入相關參數，並以文字檔(Text file)的形式儲存中於指定的檔案中，按下執行 Fortran 計算程式鍵後模式便會開始計算通風量的結果，然後將計算結果以文字檔的形式儲 存中於指定的檔案中。且可以在介面中看出每個房間的室內壓力、各開口的通風量。
圖 5.10 通風模式 TAIVENT 的首頁 資料來源：本研究整理
圖 5.11 建築物座落位置與環境參數的輸入介面 資料來源：本研究整理
圖 5.12 建築物尺寸參數的輸入介面 資料來源：本研究整理
圖 5.13 建築物開口參數的輸入介面 資料來源：本研究整理
圖 5.14 TAIVENT 輸入檔與計算結果儲存介面 資料來源：本研究整理
第六章 通風計算案例
度 = 1.097 kg/m3。利用5.1 節所述之牛頓-拉福森法(Newton-Raphson method)迭代 求取各房間的室內壓力Pri，再求取各個開口的通風量Qj。
圖 6.1 矩形建築物示意圖 資料來源：本研究整理
建築物所在地的盛行風向（與北方夾角）可由中央氣象局 1961~2008 年的氣象 資料統計而得。除此之外，還有另一個重要的角度是建築物（大門）座向與北方的 夾角。本研究將盛行風向夾角定義為，而建築物座向夾角定義為，此外盛行風向 依據中央氣象局的慣例定義為順時鐘旋轉，但建築物座向的角度則定義為逆時鐘旋 轉。因此盛行風向與建築物座向的真實夾角為 + ，當此夾角超過 360o的話，要在 扣除 360o即為真實的角度。圖 6.2 標示了盛行風向與建築物座向定義之示意圖，藍 色面（第一個面）代表有大門（或落地窗）的面，以此面計算與北方的夾角，然後 逆時針旋轉編號每一個面。
z
y x
H
W
D
y
z
z y
表 6.2 建築物之樓層高度與門窗尺寸 建築物 尺寸 (m) 居室高度 3.0
窗台度 1.0 窗寬度 1.2 窗高度 1.2 門寬度 1.0 門高度 2.0 落地窗寬度 2.4 落地窗高度 2.0 資料來源：本研究整理
圖 6.2 建築物座向與盛行風向之示意圖 資料來源：本研究整理
N
Wind direction
D
W
1
2 3
4
本計畫針對以下四個案例的通風量計算逐一說明：
案例 1：
建 築 物 最 高 樓 層 的 室 內 無 隔 間 ， 迎 風 面 和 背 風 面 的 正 中 央 各 有 一 個 開 口 (Opening)，開口位置(y/W = 0.5，z/H = 0.906)，開口面積 A1 = A2 = 0.72 m2，建築兩 側外牆無開口，如圖6.3 所示。開口處外牆的風壓係數 Cpe1= 0.88，Cpe2= -0.76，開 口處流量係數 Cd皆為 0.65。在風向為= 0o狀況下，流況屬於貫流通風。模式計算 結果：通風量Q = 1.07 m3/s、換氣率 ACH = 12.87 hr-1。當風向= 90o的狀況下，氣 流平行於建築物兩側外牆的開口，開口處的風剪力引起室內外氣流的交換，稱為剪 力通風(Shear-induced ventilation)，其通風量可用陳仁浩(2010)所建議之公式計算 Q = 0.21 m3/s、換氣率 ACH = 2.57 hr-1。
圖 6.3 案例 1 的樓層平面圖(上視圖) 資料來源：本研究整理
其他風向的通風量 Q 及換氣率 ACH 如表 6.3 所示。換言之，風向角愈小，通 風量及換氣率愈大。建築物若想充分利用風壓通風，建築物的座向配合盛行風向，
且在迎風面、背風面應該皆有大型開口。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/m2，計算得此流況下之ACH = 2.33。由表 6.3 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。
A1
Q2
Q1
A2
Pr
U
表 6.3 案例 1 各角度之通風量與換氣率
Q (m3/s) ACH (hr-1)
0o 1.07 12.87 22.5o 0.99 11.86
45o 0.76 9.08 67.5o 0.41 4.91
90o 0.21 2.57 資料來源：本研究整理
圖 6.4 案例 1(b)有擋風牆影響之貫流通風示意圖 資料來源：本研究整理
為了探討建築物通風是否會受到建築物外的其他建築的影響，本研究利用風洞 實驗有擋風牆（第四章第二節）之風壓量測結果來計算有阻礙物影響之通風量。擋 風牆尺寸與風洞模型實驗的比例相同，擋風牆高度Hb = 10.7 m，寬度 Wb = 10.7 m，
位於建築物前方16 m，如圖 6.4 所示。由風洞實驗之風壓係數(Cpe1= 0.25，Cpe2= -0.17) 計算案例1 在風向為= 0o狀況下的通風量。因為最高樓層處的迎風風壓大於背風面 風壓，因此流況屬於貫流通風，通風量Q = 0.54 m3/s、換氣率 ACH = 6.5 hr-1。因此 受到擋風牆阻礙的影響，通風量僅為無阻礙物的60%。
Q2
A1
Q1
A2
Pr U
Wb
案例 2：
圖 6.5 案例 2 的樓層平面圖(上視圖) 資料來源：本研究整理
五層樓建築物之最高樓層四面牆的正中央上各有一個開口，室內無隔間，如圖 6.5 所示。開口面積 A1= A2= A3= A4= 0.72 m2，開口處外牆的風壓係數Cpe1= 0.88，
Cpe2= Cpe4= -0.77，Cpe3= -0.76，開口處流量係數 Cd皆為0.65。通風量之計算模式，
計算結果顯示：在風向為= 0o狀況下，室內風壓係數Cpi = -0.65，通風量 Q1 = 1.44 m3/s、Q2 = -0.49 m3/s、Q3 = -0.47 m3/s、Q4 = -0.49 m3/s，其中 Q1為流進室內空間的 通風量，其餘皆為流出室內空間的通風量，因此換氣率ACH = 17.29 hr-1。換氣率大 於僅迎風面、背風面有開口的貫流通風。換言之，若建築物想充分利用風壓通風，
建築物四面牆上應該皆有大型開口。
案例 3：
建築物最高樓層隔成前後兩間，迎風面、背風面及內部隔間牆各有一個開口，
外部開口面積A1 = A2 = 0.72 m2，內部開口Ai = 2.0 m2，建築物兩側外牆無開口，
如圖6.6 所示。開口處外牆的風壓係數 Cpe1= 0.88，Cpe2= -0.76，室內外開口處流量 係數Cd皆為0.65。在風向為= 0o狀況下，室內風壓係數Cpi1 = 0.11、Cpi2 = 0.01，
A1
A2
Q3
Q1
A4
A3
Pr
Q2
Q4
U
通風量Q = 1.04 m3/s、換氣率 ACH = 12.47 hr-1。在相同的狀況下，若內部開口面積 縮小Ai = 0.2 m2，通風量Q = 0.13 m3/s、換氣率 ACH = 1.56 hr-1（案例3(b)）。換言 之，貫流通風的狀況下，室內的開口愈大，換氣率愈大，愈接近無隔間之貫流通風 的換氣率，亦即可藉由控制內部開口的面積來調節通風量。表6.4 為以上案例在風向 角= 0o狀況下的比較結果。
圖 6.6 案例 3 的樓層平面圖(上視圖) 資料來源：本研究整理
表 6.4 各案例在風向角 = 0o狀況下之通風量與換氣率 案例 Q (m3/s) ACH (hr-1)
1 1.07 12.9
1(b) 0.54 6.5
2 1.44 17.3
3 1.04 12.5
3(b) 0.13 1.56 資料來源：本研究整理
A1
Q2
Q1
A2
Pr1
U
Pr2
Ai
案例 4：
建築物最高樓層隔成數個大小不同的房間，每個房間經由門通到另一個房間，
客廳則有一個大型的落地窗，其他連接到室外的開口皆為窗戶，如圖6.7 所示。計算 時將此樓層隔成七個區塊，其中左下角三個房間並無向外的開口，因此自然通風量 很小，不予以計算，故僅需計算四個區塊的通風量。圖6.8 所示的紅色框線即為區塊 的邊界，開口Aij和通風量Qij中的下標i 代表房間的序號，j 代表開口的序號，皆按 逆時鐘方式排序。
此案例共有六個室外開口，其中A11為落地窗，A14為居室連接外部樓梯間的門，
在計算中假設為關閉的，因此本扇門開口面積A14 = 0，其餘的室外開口皆為窗戶，
而室內的開口皆有門互相連通，在案例中假設門都是全開的。由風洞實驗得知：A11
的風壓係數為0.85，A12的風壓係數為-0.78，A22的風壓係數為-0.77，A32的風壓係數 為-0.76，A33的風壓係數為-0.75，A14的風壓係數為-0.78。
圖 6.7 案例 4 的樓層平面圖(上視圖) 資料來源：本研究整理
臥室 臥室
5 m
3 m 3 m 4 m
1.8 m 1.8 m 2.4 m 4 m 3 m
2 m
2.4 m 儲藏室 浴室
廚房
客廳 5.6 m
2.0 m 落地窗
U
經由 TAIVENT 模式可計算出每個房間的室內壓力 Pr與各開口的通風量 Q，圖 6.9(a)、6.9(b)、6.9(c)分別為在風向角= 0o、90o、180o 時，開口處無加裝物下，每 個房間的室內壓力與通風量結果。由圖中可以清楚地看出：當風向改變時，各個房 間的空氣流向與通風量也會隨之而變，且各房間皆維持質量守恆的原則。換言之，
TAIVENT 模式可用於評估在各種風向下、建築物開口位置、大小等設計對風壓通風 的影響，因而可找出最利於自然通風的建築設計。
一般建築物的窗戶都會裝上紗網(screen)或是百葉窗(louver)等加裝物，而窗戶加 裝物對通風的影響主要差異是開口流量係數的改變。第五章第二節列舉了不同窗戶 加裝物的流量係數，在高雷諾數的狀況下，流量係數不隨雷諾數而變，可以視為定 值。若開口無加裝任何物體，流量係數Cd = 0.65，而在加裝紗網的流量係數 Cd = 0.6，
而百葉窗夾角L = 45o的情況下流量係數Cd = 0.5。而室內開口門的開闔角度也會影 響流量係數的計算，因此本研究將門的開闔角度設為全開，角度為90o，所以使用的 流量係數Cd = 0.6。流量係數愈小，通風量愈小。若門為緊閉，只要將開口面積設定 為A = 0。
TAIVENT 模式在輸入建築物開口面積、特性時，可選擇開口是否有加裝紗網或 是百葉窗。本節假設案例4 的外部開口皆有裝設紗網或是百葉窗，利用 TAIVENT 模 式計算開口處加裝物對案例4 通風量的影響，設定之開口面積、風壓係數列於表 6.5。
由於真實風場的雷諾數往往Re > 104，屬於高雷諾數的範圍，因此流量係數可以使用 定值。表6.6 為模式計算得之通風量與各房間的換氣率，表中的結果除了比較風向角
由於真實風場的雷諾數往往Re > 104，屬於高雷諾數的範圍，因此流量係數可以使用 定值。表6.6 為模式計算得之通風量與各房間的換氣率，表中的結果除了比較風向角