行人風場評估準則相關影響因子分析研究

(1)

行人風場評估準則相關影響因

子分析研究

內政部建築研究所自行研究報告

中華民國 100 年 12 月

（本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見）

(2)

行人風場評估準則相關影響因

子分析研究

研究人員：郭建源

內政部建築研究所自行研究報告

中華民國 100 年 12 月

（本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見）

(3)

圖次... III

表次... VII

摘要...IX

第一章緒論 ... 1

第一節

研究背景 ... 1

第二節

研究緣起與目的 ... 2

第三節

研究內容與方法 ... 5

第二章文獻與理論背景分析 ... 7

第一節

地表風場特性 ... 7

第二節

建築物週遭氣流特性 ... 11

第三章舒適性評估準則 ... 17

第一節

各國風速標準的評估方式 ... 17

第二節各國舒適性評估準則 ... 20

第三節各國評估準則研擬方法 ... 25

第四章受風感受風洞試驗 ... 27

第一節

試驗設備 ... 27

第二節

受風感受試驗 ... 34

第三節

試驗資料分析 ... 45

第四節

小結 ... 70

第五章結論與建議 ... 71

第一節

結論 ... 71

第二節

建議 ... 73

附錄一期中報告審查意見回應 ... 75

附錄二期末報告審查意見回應 ... 77

(4)

(5)

圖次

圖 1-1 研究流程圖 ... 6

圖 2-1

不同地況下平均風速隨高度之變化示意圖 .... 9

圖 2-2

渦漩示意圖 ... 11

圖 2-3 建築物尾流示意圖 ... 12

圖 2-4 穿堂風示意圖 ... 13

圖 2-5 角隅強風示意圖 ... 13

圖 2-6 遮蔽效應示意圖 ... 14

圖 2-7 金字塔效應示意圖 ... 14

圖 2-8 縮流效應示意圖 ... 15

圖 4-1 建研所循環式大氣邊界層風洞性能 ... 28

圖 4-2 本所風洞實室試格柵尺寸 ... 31

圖 4-3 本所風洞實驗室格柵圖 ... 31

圖 4-4 距格柵 2.7

M

處平面流場紊流強度示意圖 ... 32

圖 4-5 格柵網格下游紊流強度示意圖 ... 32

圖 4-6 長時間停留情境試驗 ... 35

圖 4-7 短時間停留情境試驗 ... 38

圖 4-8 行走情境路線圖 ... 41

圖 4-9 行走情境橫風向撐傘試驗 ... 41

圖 4-10 行走情境逆風向撐傘試驗 ... 42

圖 4-11 年齡分佈直方圖 ... 45

(6)

圖 4-12 各情境不舒性指標趨勢圖(全體人員)... 50

圖 4-13 各情境不舒性指標趨勢圖(男性) ... 53

圖 4-14 各情境不舒適指標趨勢圖(女性) ... 56

圖 4-15 各情境不舒適指標趨勢圖(夏季) ... 57

圖 4-16 各情境不舒適指標趨勢圖(非夏季) ... 58

圖 4-17 長時停留不舒適指標趨勢圖(夏季、非夏季比

較) ... 59

圖 4-18 短時停留不舒適指標趨勢圖(夏季、非夏季比

較) ... 59

圖 4-19 行走情境不舒適指標趨勢圖(夏季、非夏季比

較) ... 60

圖 4-20 長時間停留不舒適指標趨勢圖(不同性別比

較) ... 61

圖 4-21 短時間停留不舒適指標趨勢圖(不同性別比

較) ... 61

圖 4-22 行走情境不舒適指標趨勢圖(不同性別比較)62

圖 4-23 長時間停留各活動不舒適指標趨勢圖... 63

圖 4-24 短時間停留各活動不舒適指標趨勢圖... 63

圖 4-25 行走情境各活動不舒適指標趨勢圖 ... 64

圖 4-26

40 歲以上長時間停留不舒適指標趨勢圖 .... 65

圖 4-27

40 歲以上短時間停留不舒適指標趨勢圖 .... 65

圖 4-28

40 歲以上行走不舒適指標趨勢圖 ... 66

圖 4-29

40 歲以上人員不舒適指標趨勢圖 ... 66

圖 4-30

40 歲以下人員不舒適指標趨勢圖 ... 67

(7)

圖 4-31

40 歲以上男性不舒適指標趨勢圖 ... 67

圖 4-32

40 歲以上女性不舒適指標趨勢圖 ... 68

圖 4-33

40 歲以下男性不舒適指標趨勢圖 ... 68

(8)

(9)

表次

表 2-1

大氣邊界層之

Α

、

Δ

及

Z0

建議值 ... 10

表 3-1 風效應整理表 ... 22

表 3-2 各國舒適性評估準則 ... 23

表 3-3 住宅區及風害敏感地區之評估標準 ... 24

表 3-4 商業區及工業區之評估標準 ... 24

表 4-1 風洞格柵產生流場之紊流強度 ... 31

表 4-2 長時間停留情境受風感受問卷 ... 36

表 4-3 短時間停留情境受風感受問卷 ... 39

表 4-4 行走情境受風感受問卷 ... 43

表 4-5 長時間停留情境不舒適指標統計表(全體人員)

... 48

表 4-6 短時間停留情境不舒適指標統計表(全體人員)

... 48

表 4-7 行走情境不舒適指標統計表(全體人員) ... 49

表 4-8 各情境在不同風速下之不舒適性指標(全體人

員) ... 49

表 4-9 長時間停留情境不舒適指標統計表(男性) .... 51

表 4-10 短時間停留情境不舒適指標統計表(男性) .. 51

表 4-11 行走情境不舒適指標統計表(男性)... 52

表 4-12 各情境在不同風速下之不舒適性指標(男性)52

表 4-13 長時間停留情境不舒適指標統計表(女性) .. 54

表 4-14 短時間停留情境不舒適指標統計表(女性) .. 54

(10)

表 4-15 行走情境不舒適指標統計表(女性) ... 55

表 4-16 各情境在不同風速下之不舒適指標(女性) .. 55

表 4-17 各情境在不同風速下之不舒適適指標(夏季)57

表 4-18 各情境在不同風速下之不舒適適指標(非夏

(11)

摘要

關鍵詞：行人風場、評估準則、風洞試驗、影響因子 一、研究緣起 高層建築受到風場作用之下，其週遭接近地表處會產生行人風，干擾附近地區的活動品質，更甚者則是發生行人受強風侵襲而傷亡之狀況。為評估行人風場對週遭環境之影響，世界各國早於 1970 年代開始研擬相關評估準則。基本上，國外的評估準則因氣候條件及居民對受風感受之差異等因素而有不同，對台灣海島型的季風環境是否適用尚無法證實，針對行人風場效應之評估準則，本所於民國 89 年有「高層建築物風場環境評估準則研議」研究案除提出風洞試驗評估方法外，並研擬出評估模式，但未就台灣地區之行人受風感受進行試驗。淡江大學民國 97 年之碩士論文「建立行人環境風場舒適性標準之實場調查與評估」，但其調查之時間與區域受限，評估模式之分類亦僅有 3 種。本所 99 年自行研究案「以風洞試驗方法建立行人風場環境影響評估準則之研究 (2/2)」，以風洞試驗方法建立評估準則，但其試驗人數僅有 38 人且未就年齡、性別、及環境氣候因素加以考量。本研究擬延續 99 年自行研究案，持續募集不同年齡與性別之試驗人員進入風洞進行受風感受試驗，並就針對不同年齡層、性別及環境溫度與風速等對評估準則之影響，作為國內行人風場評估準則參考。 二、研究方法及過程 本研究首先擬蒐集國內外建立行人風場環境影響評估準則之相關文獻，同時蒐集台灣之風速氣象資料，並逐步建立本所風洞實驗

(12)

室紊流流場之格柵設施。接著透過文獻分析了解國內外評估準則之建立模式，作為本研究研擬風洞試驗規劃之參考，試驗規劃包含情境之模擬、風速等級分類、人體受風感受等級分類及試驗人員的安排等。試驗規劃完成之後，人員進入風洞實驗進行受風感受試驗，共建立 3 個情境，每個情境進行 7 段風速試驗，每段風速試驗完成之後進行受風感受問卷填寫。接續進行問卷資料統計分析以建立人體受風感受等級，分析不同因子對行人風場之評估準則之影響。三、重要發現 (1) 本研究延續 99 年之研究成果，在不考慮性別、年齡、溫度之情況下以 38 人次進入風洞測試段內進行受風感受試驗，並研擬出一套評估準則。從前期的研究結果可知，年輕族群之受風敏度以長時間停留最高、短時間停留次之，行走最低。本研究完成 100 人次之試驗，由 40 歲以下之研究成果可直接驗證前期之研究結果，兩者之結果十分相近。 (2) 另就年齡而言，本研究以 40 歲作為區分， 40 歲以上與 40 歲以下之研究結果顯示，年齡的確影響受風感受行為，未來進行評估準則修正檢討時應納入年齡因素，以健全評估準則之可行性。 (3) 以夏季和非夏季進行試驗，非夏季由於溫度低，此時受風之不舒適度則明顯與較夏季之受風不舒適度高。由此可知，相同的風速下不同的溫度的確影響受風感受。本研究雖僅以兩種溫度作為變數無從大規模了解溫度變化對風感受之影響程度。但亦可由此本研究結果驗證溫度之對受風感受之明顯變化。 (4) 在長時間停留之情境，翻閱書本雜誌之不舒適度明顯高於其他活動及五官感受，主要原因為翻閱書本時，容易受風影響而產生紙張飄動之情形。短時間停留情境，站立翻閱雜誌與站立撐

(13)

傘之受風不舒適度明顯大於其他情況。而站立撐傘在高風速時易產生不穩定的現象，使受測人員感覺不方便與不舒適。在行走情境亦有相同的現象，撐傘不論迎風或側風行走所產生之不舒適度亦最高，其理由與站立撐傘情況相同。 (5) 依目前現有文獻行人風場均採風速單一變數加上機率作為評估標準，但經本研究顯示性別、年齡和溫度均對行人風場有一定程度之影響，未來進行相關準則擬定時可加入相關變數，以使準則更為明確，並提高適用性。四、主要建議事項立即可行建議主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：內政部建築研究所本研究於風洞實驗室內完成 100 人次之受風感受試驗，在風洞內施以不同風速讓受測人員進行不舒適度之評比。但在風洞內之風場為連續風場，與實際自然風場不同。同時風洞內在無風速的狀態下，受測人員多已有壓迫感，且較為悶熱以致可能影響試驗結果。另外，風洞內僅能調控風速，對於溫度、濕度無法控制，亦會影響試驗結果。因此，本研究建議進行實場之受風感受試驗，除彌補風洞環境上的不足外，亦可與風洞試驗結果比較，以獲致較佳之試驗結果。

(14)

(15)

A B S T R A C T

Key words：Pedestrian level wind、Assessing criteria、Wind tunnel test、 Affecting Parameter

1.Study reasons

Pedestrian level wind,around the hingh-rise building, interferes with the acitivity qualites nearby areas. Moreovrer,it had ruslted in death by pedestrian level wind. To assess the environment effects around the building, The countries all over the world had drawn up the criteria in 1970s.Basicly, every criteria differ from the weather conditions and the resident sensibilities for wind.

Tainwan is a island country and not any applicable criteria for aeess pedestrian leve wind. The study will try to set up a assessing criterion and analysis the related affecting parameters.

2、 Study Methodolgy and Procedure

Firstly, the study will collect the literatures that realated to pedestrian level wind. Meanwhile, collecting the wind data in Taiwan,and setting up the grid in the wind tunnel lab. to form turbulent wind field. The study will ask for 100 volunteers to get into wind tunnel lab. The experimenter will control different ind velocity to test the comfortable level of the voluntees,who answer the questionares after test.

3.Important Conclusion

(16)

consider that in the sex, the age, the temperature situation of enter in the wind tunnel test section by 38 people to carry on get a chill the feeling experiment, and draws up a set of appraisal criterion. May know from the earlier period findings, the young tribal grouping tribal group gets a chill the sensitivity to pause by the long time is highest, the short time pause next best, walks lowly. This research completes 100 people to be next the experiment, by 40 years old below the research results may of findings the direct verification earlier period, both the result be very close.

(2) In addition speaking of the age, this research by 40 year old of achievement discrimination, above 40 years old the findings demonstrated with 40 years old below, the age indeed affects gets a chill the feeling behavior, in the future will carry on the appraisal criterion revision will examine when the due payment to enter the age factor, feasibility of by the perfect appraisal criterion.

(3) Carries on the experiment by the summer and the non-summer, because the non-summer the temperature is low, this time gets a chill the comfort level obviously with not to compare the summer to get a chill the comfort level not to be high. Thus it may be known, under the same wind speed the different temperature indeed affects gets a chill the feeling. Although this research only takes of influence the variable without knowing where to begin large-scale understanding temperature change windward feeling by two kind of temperatures. But may also this findings confirmation temperature to get a chill the feeling from the obvious change. (4) Situation in the long time pause, glances through the books

(17)

magazine the comfort level not to be higher than other activities and the five senses feeling obviously, the primary cause to glance through time the books, easy to get a chill the influence to produce the paper to flutter the situation. The short time pause situation, stands glances through the magazine with to stand opens an umbrella gets a chill the comfort level not to be bigger than other situations obviously. But stands easily opens an umbrella when the high wind speed to have the unstable phenomenon, causes to measure that the personnel felt not convenient and is not comfortable. Is walking the situation also to have the same phenomenon, opens an umbrella, no matter against the wind or the crosswind walks has the comfort level also not to be highest, its reason with stands opens an umbrella the situation to be the same. (5) Picks the wind speed sole variable according to the present

existing literature pedestrian wind field to add on the probability to take the appraisal standard, but after this research demonstration sex, the age and the temperature has influence of the certain extent to the pedestrian wind field, in the future will carry on the related criterion will draw up when may join the related variable, will cause the criterion to be more explicit, and will enhance the serviceability.

4.Major Item of Suggestion

this research indoor to complete 100 people in the wind tunnel experiment to be next gets a chill the feeling experiment, serves with the different wind speed in the wind tunnel to let measure that the personnel do not carry on comparison of the comfort level. But in the wind tunnel the wind field is the continual wind field, is different with

(18)

the actual natural wind field. Simultaneously under the wind tunnel intrinsic non-wind speed's condition, was measured that the personnel many had the oppression feeling, so that and sultrier possible to affect the test result. Moreover, in the wind tunnel can only regulate the wind speed, regarding the temperature, the humidity beyond control, also will affect the test result. Therefore, this research suggestion carries on the solid field to get a chill the feeling experiment, besides makes up in the wind tunnel environment the insufficiency, may also compare with the wind tunnel result, obtains the good test result.

(19)

第一章緒論

第一節研究背景

隨著台灣地區經濟的迅速發展以及都會區人口聚集，建築物的高層化與高密度化已無法避免，高層建築除考量地震力之影響外，亦應考慮風力負載對高層建築物之影響，其影響包含有三種：風力對結構體承載力、建築外被覆的表面壓力及建物週圍環境產生之行人環境風場。本研究擬針對行人環境風場之風洞試驗方法加以探討。行人環境風場一般定義為建築物周遭離地面 1.5-2 公尺高度，會影響行人舒適度與安全性的風場。而造成建築物四周氣流之狀態及速度的因素眾多，包括來風特性、風向、風速、建築物本身的大小、幾何外型以及鄰近之建築群等。對於風場而言，高層建築可視為巨型阻礙物，氣流因建築、建群群的存在而改變行進方向，進而造成下切、縮流、渠化、渦漩 (vortex)、角隅流 (corner flow)、尾流 (wake)；另有遮蔽、穿堂風 (through flow)等效應，上述效應往往造成建築物或建築群興建後產生瞬間的強風，而影響行人及低樓層建築使用者的安全性及舒適性問題。在美國與英國均有發生過行人被建築物周遭的強風吹襲而跌倒受傷的案例，美國在 1972 年甚至有兩位老婦人在高樓附近被強風吹倒而受傷致死，在國內則有台北市羅斯福路台電大樓周遭發生的掀裙風。

(20)

第二節研究緣起與目的

一、研究緣起建築物型式受到經濟的高速發展、人稠地稀以及建築材料的強化等因素影響下，在高度以及密集度有漸增的趨勢。同時考量日照、景觀以及交通而必須將建築物間距拉大，並設置購物、商場、餐廳、兒童遊玩乃至戶外展覽等開放空間以提高居住、生活品質以及商業利用價值，部分都會商區大樓於低樓層及露台提供了類似的設計，此區域之空間規劃常將花園、植栽、水池及噴泉等設計納入考量，但由於鄰近高樓改變了風向、風勢往往使得這些規劃經常暴露在惱人的強風之下，使得原先設計的美意大打折扣。為求開發案的成功與完美，業主、開發商及建築師均盼能在開放空間、行人徒步區提供舒適、安全的活動環境，對於建築物含基地周圍在興建前自概念、規劃、設計階段即先預估建築物四周及建築群間的風場、氣流狀況，並進一步提出較佳之設計方案來予以改善控制。因此，一些先進國家包括台灣在內也紛紛立法來要求作風場的環境影響評估。環境風場評估標準在歐美各國及大都市運用已久，相關都市開發單位及建築業者皆依循此進行設計考量，國內亦有進行環境風場評估建築之相關規定。基於前述，環保署於民國 86 年 12 月 31 日發佈之「開發行為環境影響評估作業準則」，其中第 22 條規定：「開發行為中除煙囪外有 70 公尺以上之高層結構體者，其可能產生之風場、日照、電波以及空氣污染物擴散之干擾等負面影響，應予預測及評估，並提出因應對策；必要時應進行相關之模擬分析或試驗」。其中第 42 條規定：「規劃高樓建築時，應重視其品質與景觀之整性；並評估高樓建築對周遭環境所產生之風場、日照、電波、交通、停車或帷幕牆反光

(21)

以及室內停車場廢氣排放等之衝擊」。台北市「綜合設計公共開放空間設置及管理維護要點」第 7 條規定：「建築高度超過 60 公尺，應作風洞效應評估，尤其側重超高層建築物所可能產生之微氣候及對公共開放空間使用之影響。」前述環保署和台北市相關規定，顯示我國對行人風場之重視，然而目前評估行人環境風場的方法有二，一為數值模擬，另一則是風洞試驗，風洞試驗為目前較為可行的評估方法［ 2］，其仍是製作建築物及其週遭建築物的縮尺模型，在風洞中模擬其風場，並配合基地的風速風向資料進行的完整的風場評估。本研究於 98 年度完成以風洞試驗評估行人風場方法之研究，除建立試驗的方法外，亦以一實際案例進行風洞試驗以評估行人風場，同時比較五種不同的評估準則。高層建築受到風場作用之下，其週遭接近地表處會產生行人風，干擾附近地區的活動品質，更甚者則是發生行人受強風侵襲而傷亡之狀況。為評估行人風場對週遭環境之影響，世界各國早於 1970 年代開始研擬相關評估準則。基本上，國外的評估準則因氣候條件及居民對受風感受之差異等因素而有不同，對台灣海島型的季風環境是否適用尚無法證實，針對行人風場效應之評估準則，本所於民國 89 年有「高層建築物風場環境評估準則研議」研究案除提出風洞試驗評估方法外，並研擬出評估模式，但未就台灣地區之行人受風感受進行試驗。淡江大學民國 97 年之碩士論文「建立行人環境風場舒適性標準之實場調查與評估」，但其調查之時間與區域受限，評估模式之分類亦僅有 3 種。本所 99 年自行研究案「以風洞試驗方法建立行人風場環境影響評估準則之研究 (2/2)」，以風洞試驗方法建立評估準則，但其試驗人數僅有 38 人且未就年齡、性別、及環境氣候因素加以考量。本研究擬延續 99 年自行研究案，持續募集不同年齡與性別之試

(22)

驗人員進入風洞進行受風感受試驗，並就針對不同年齡層、性別及環境溫度與風速等對評估準則之影響，作為國內行人風場評估準則參考。二、研究目的基於前述，本研究擬延續 99 年度之研究案持續進行風洞受風感受試驗，分析不同因素對行人風場評估準則之影響，以供本所或其他風洞實驗室進行環境風場評估時使用。綜合上述本研究的主要目的臚列如下： (1) 分析性別、年齡、著衣量、氣溫、風速及活動行為等因素對評估準則之影響。 (2) 建立匯集不同變數之評估準則，並與 99 年所評估準則之進行差異分析。

(23)

第三節研究內容與方法

本研究之研究內容與方法，如下圖 1-1 研究流程圖所示，一開始擬蒐集國內外建立行人風場環境影響評估準則之相關文獻，並逐步建立本所風洞實驗室紊流流場之格柵設施。接著透過文獻分析了解國內外評估準則之建立模式及行人風場境影響模式，作為本研究研擬風洞試驗規劃之參考，試驗規劃包含情境之模擬、風速等級分類、人體受風感受等級分類及試驗人員的安排等。試驗規劃完成之後，人員進入風洞實驗進行受風感受試驗，共建立 3 個情境，每個情境進行 7 段風速試驗，每段風速試驗完成之後進行受風感受問卷填寫。接續進行問卷資料統計分析以建立人體受風感受等級，分析不同因子對行人風場之評估準則之影響。

(24)

圖 1-1 研究流程圖 資料來源：【本研究繪製】

結論與

建議

開始

文獻蒐集於風洞內建立適當之紊流流場規劃受風感受試驗問卷(含風速、受風感受、受風活動等分類及情境模擬) 安排受測人員進行風洞試驗根據風洞試驗問卷進行資料統計分析，建立受風等級風速分類進行受風敏感度影響因子分析

(25)

第二章文獻與理論背景分析

第一節地表風場特性

地表附近空氣的移動受到地面之起伏、建築物、林木作物分佈等的磨擦作用的影響，使得平均風速隨高度而變，形成一垂直分佈剖面，越接近地表風速越慢 (參見圖 2-1)；換言之此「風速剖面」直接受到地表粗糙狀況之影響。而影響所及的範圍就稱之為「大氣邊界層」。在邊界層頂部之風速通常稱之為梯度風速 (gradient wind)。一般風工程之應用所涉及的問題大都發生在較強的風勢情況下，近地表上數百公尺高度的大氣邊界層範圍之內。在強風的情況下，大氣紊流作用遠超過熱對流作用。由於紊流之強制混合趨向於形成中性層差。所以本節對大氣邊界層之討論僅限於中性層差之大氣邊界層。大氣邊界層之厚度，在中性層差的情況下，視風之強度、地表之粗糙程度及所在之緯度而定，通常在數百公尺至數公里之間。本案之風洞模擬實驗，很重要之一項工作即是要模擬邊界層高度內紊流流場的各項重要性質，其中包括有平均風速特性及紊流特性。一、平均風速剖面一般常用於規範邊界層風速剖面的有兩定律，一為指數律 (power law)，另一則為對數律 (logarithmic law)。

（ 1）指數律 (power law)

邊界層流中水平方向均佈之地形上的平均風速剖面，以指數律表示：

(26)

 

















Z

U

Z

U

(

)

(2-1)

其中， U 為縱向之平均風速；Z 為地表上之高度；Uδ為梯度風速；δ 為大氣邊界層厚度；α 為指數。在現行工程應用中之假設為： ○1 一個 α 為定值之指數律可是用至梯度高度 δ 。 ○2 邊界層厚度 δ 僅只為指數 α 之函數。（ 2）對數律 (logarithmic law) 越接近地表的地方，其風速的擾動性越高，解析描述也就越加困難。在地表層 (或稱之為常應力層 )其剪應力值 τu與地表面之剪應力值 τ0極為接近，且其橫風向之風速分量 V 極小。對邊界層橫風向之平均風速方程積分至高度，再加以整理可得。 f u b Zl * 

(2-2)

其中， Zl 為對數律之有效高度； u*為剪力風速＝ (τ0/ρ )0.5； f 為科氏力參數； ρ 為空氣密度； b 為常數，其值約在 0.015 至 0.03 之間。微氣象學研究的一些結果顯示，在地表其平均風速剖面可用下式表示：

U(Z)=(1/k) u

*

ln(Z/Z

0

) (2-3)

其中，k(≅0.4)為 Von Karman 常數；Z0為地表粗糙長度 (roughness length)。公式 (A-3)即為通常所稱之對數律。實場量測結果指出，在強風之情況下，對數律之適用範圍可達數百公尺之高度。有關在不同地表情況下，上述討論之大氣邊界層各參數的建議值詳見表 2-1。二、紊流特性

紊流強度是紊流擾動流速大小的表達方式。將擾動風速之均方根值 (root mean square)除以平均風速值，以百分比之方式表達出

(27)

來，邊界層中某特定高度 Z 之紊流強度，其定義如下：

 

₁₀₀

_%

.(%)

.

5 . 0 2





i i

U

u

I

T

(2-4)

其中，T.I.(%)為 i 方向上之紊流強度；ui為 i 方向上之擾動風速； Ui為 i 方向之平均風速。而縱向擾動風速之均方根值與地表剪應力風速有下列關係： 2 * 2

u

_i





(2-5)

其中， β 值通常假定與高度無關，在一般工程應用上可取為 0.6。在非常粗糙的地況下，其值最低可達 0.4。大氣邊界層中的紊流性質除了前述的紊流強度之外，紊流長度尺度 (turbulence length scale ) 以及紊流頻譜密度函數 (turbulence power spectrum density function) 和交相關頻譜 (cross-spectrum density function)都是進行風洞模擬時不可忽略的重要特性。

圖 2-1 不同地況下平均風速隨高度之變化示意圖 資料來源：【 7】

(28)

表 2-1 大氣邊界層之 α 、 δ 及Z 建議值 ₀

Coastal Area Open Terrain Suburban Terrain Centers of Large City 參考文獻 α1 δ2 Z03 α δ Z 0 α δ Z0 α δ Z0 Davenport – – – 0.16 275 – 0.28 400 – 0.40 520 – ANSI 0.1 215 – 0.14 275 – 0.22 370 – 0.33 460 – Cook, N. J – – 0.003 ∣ 0.01 – – 0.03 ∣ 0.1 – – 0.3 – – 0.8 ESDU – – – – – 0.02 ∣ 0.1 0.26 – 0.2 ∣ 0.6 0.35 – 0.7 ∣ 1.2 耐風設計規範－－ – 0.15 300 – 0.25 400 – 0.36 資料來源：【本研究整理】 1_{α ：邊界層風速剖面冪數律指數} 2_{δ ：邊界層厚度，單位：公尺} 3 Z0：粗糙長度，單位：公尺

(29)

第二節建築物週遭氣流特性

由於大氣中複雜的氣流運動造成行人風場，進而影響建築週遭的居住、用路人生活品質。影響氣流複雜變動的可能因素包含有：風速、風向、建築物的外形、及附近建築物高度、位置、外形等。本節就建築物附近可能形成形人風場的氣流描述如下：一、渦漩 (Vortex)：當風場遇到高層建築時，一部分的氣流往上或往左右兩側溢散，另一部分則產生下切氣流，對地面形成加速的渦漩，當建築物斷面愈寬愈大時，此種渦漩現象越明顯。 圖 2-2 渦漩示意圖 資料來源：【本研究繪製】下切氣流

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二、尾流 (Wake) 如圖 2-3 所示，當風場越過建築物，流場會在建築物的背面形成一尾流，此氣流會向下形成一迴旋的流場。 圖 2-3 建築物尾流示意圖 資料來源：【本研究繪製】三、穿堂風 (Through Flow) 當建築物有前後貫穿的通道，氣流通過此通道會產生加速的現象，此現象稱之為穿堂風，此種氣流對貫穿的通道的行人或緊鄰此通道的出入口將產生不舒適或產生危險的情形。示意圖如下 2-4 所示。尾流

(31)

圖 2-4 穿堂風示意圖 資料來源：【本研究繪製】四、角隅強風當氣流由建築物的兩側溢散時，在角隅處會產生突然加速的強風，對結構外強形成強勁的負風壓，因此角隅處結構外牆或其他景觀設部設計應更為小心謹慎，角隅強風的形成如下圖所示。 圖 2-5 角隅強風示意圖 資料來源：【本研究繪製】穿堂風角隅處容易形成強風

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五、遮蔽效應 (shelter effect)：相近高度的建築群相鄰而立時，對於近面來的氣流產生類似阻牆的遮蔽效應，迫使流場往建築群的上方越過或側邊繞過 [2]，示意圖如下所示。 圖 2-6 遮蔽效應示意圖 資料來源：【本研究繪製】六、金字塔效應 (Pyramid effect) 對於逐漸上升的建築或建築群，建築物頂部分離的剪力層受到漸次升高的邊界影響，匯聚成一股向上的氣流。 圖 2-7 金字塔效應示意圖 資料來源：【本研究繪製】

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七、縮流效應 (venture effec) 當風由一寬廣的區域進入狹窄的街道時，由於斷面積減小，造成氣流加速現象，形成高風速出現，此種加速應會隨著建築物距離的增大會明顯減低。 [2] 圖 2-8 縮流效應示意圖 資料來源：【本研究繪製】八、渠化效應都會區中沿街兩側建築物多有平整的立面且相互比鄰，對於運行期間的氣流而言，有如渠道之兩壁，此現象會驅使接近地面的氣流脫離原來風向而沿街谷的走向流動。 [2] 圖 2-8 縮流效應示意圖 資料來源：【本研究繪製】縮流效應

(34)

(35)

第三章舒適性評估準則

第一節各國風速標準的評估方式

建立行人風場評估準則是件困難的議題，因為它以機率的型式與主觀意識表示。在颱風或暴風時，由於風向的改變，很多地方均能感受到不可接受或危險的強風。此種情況演生出兩個問題，風場如何影響行人特定的活動，例如在多少風速下使於公園休憩的民眾感到不舒適，另一個問題為多久的出現頻率會讓民眾感受到無法接受。而建立此類準則更為複雜因為同一個風速對老弱婦孺年人或壯碩的年輕人會有不同的感受程度。或是不同的城市間在市效或市區內風速均有不同。很多的學者企圖對行人風場評估準則進行研議，從 1965 年開始有 Wise， 1971 年的 Melbourne 及 Joubert， 1972 年 Davenport,1973 年 Penwarden， 1975 年 Isyumov 和 Davenport， 1975 年 Lawson 和 Penwarden， 1975 年 Penwarden 和 Wise， 1976 年 Hunt 等人， 978 年 Jackson、 Lawson 和 Melbourne 分別提出，1979(a)年 Murakami， 1980 年 Visser，1985 有 Durgin 及 Hosker 分別提出，1990 年 Ratcliff 和 Peterka，1992 年 Bottema，1992 年 Williams 和 Wardlaw、Williams 和 Soligo，1995 年 Durgin 等。以上自 1965 年到 1995 年間相關學者提出行人風場評估準則。

Penwarden(1973) Melbourne 及 Joubert(1971) Melbourne(1978) Murakami(1979)開始進行人體受風影響評估。許多的準則皆由蒲福風級開始著手，而行人風場不穩定且須定義某段時間內的平均值、均方根值及陣風值。如果在一地區內的任何地點任何風向前述三值

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RMS eff V gV V   V 或其組合均相同，則可以該值作為評估準則。但不幸地，三者間關係有重大的差異且最適當的風場量測未取得一般性的認同，如果有足夠的測點和風向資料，則能找出前述三值間的相互關係，使用這種平均關係被使用在若干地點的不同風向上，但不包含所有的點位。

Hunt 等人 (1976)及 Murakami 等人 (1979a)分別提出重要的評估準則，兩者同時顯示出陣風對人體受風感受的重要性，也同時發現陣風如果持續時間低於 2-3 秒，並不會影響人體的平衡，也因此兩者開始使用有效陣風風速（ Effective gust speed）公式。定義如下：

和 VRMS分別為平均風速及均方根值 (RMS)，g 是陣風反應因子，為一常數。如果陣風分佈為高斯分佈，g=3.5 時，Veff則為近似 2-3 秒之陣風風速。而較低的 g 值則表示陣風持續更長的時間。 Hunt 等人 (1976)採用 g=3.0， Murakami 等人 (1979a)採用 g=3.5，其他的學者採用 1.0~3.5 之間，尚無任何的統一標準。

Durgin(1992) 提出等效平均風速 (Equivalent Average) 其考慮了平均值 (Average)、有效陣風 (Effective Gust)、極值陣風 (Peak Gust) 三者，等效平均風速 (Equivalent Average)被定義為以平均風速的最大值除 1.101，有效陣風 (Effective Gust)風速除 1.434，極值陣風 (Peak Gust)除 1.875 等取三者之大值。每個風速以每小時計算風速，有效陣風 g 採用 1.5 時，等值平均風速 (Equivalent Average)近似每小時內最快一分鐘陣風值；測得之極值陣風 (Peak Gust)相當於實尺寸之最快 2-3 秒陣風。Durgin(1992)表示使用這些常數時，一般在紊流強度低於 20% 以下時，平均風速將決定等值平均風速 (Equivalent Average)，而在紊流強度大於 20%者，有效或極值陣風亦將決定等值平均風速 (Equivalent Average)。綜整所有的準則，一般分類如下列五種： 1. 適合長時間站坐

(37)

2. 適合短時間站坐 3. 行走舒適 4. 行走不舒適 5. 危險或不可接受分類 1~4 之忍受標準採用機率上限值，分類 5 之不可接受標準採用機率下限值。高平均風速，陣風或很少發生的極值陣風可使某地區有強烈的受風感。現有的準則中僅使用三種風速其中的一二種作為評估標準，可能使部分地區的某些活動落入不舒適的等級。一般來講平均風速為一小時之平均值；有效陣風則為平均風速加上陣風反應因子乘上均方根值；極值陣風為每小時內最大陣風 2-3 秒內之最大風速（此為極限值並非可由平均值與均方根值求得）。

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第二節各國舒適性評估準則

在建築物「舒適性」的評估判定中，扮演主要角色之「無法接受的不舒適」的概念，現今相關研究多以下述方式定義之。在任何一個已知的設計情況下，可預期因風導致的不等程度之不舒適感 (參見表 3-1)，視不舒適的程度、設計用途以及當地的風氣象而會有一些不同的發生頻率 (次數 )。如果這些發生的頻率（次數）被判定、認為過高 (過多 )，那麼這些「不舒適性」就被認為是「無法接受」。界定這個不等程度之不舒適性的最高可接受的發生頻率即是通常所說的「舒適性評估準則」。舉例來說，某些地帶偶而會有很強的風勢發生，但由於發生的機率不大（換言之，不是經常發生），所以人們會覺得它可以被接受。相反的，某些地帶，雖然風勢不強，但是因為它發生的頻率高，人們會覺得那些地方老是在刮風，覺得惱人、覺得不能接受。除此之外，該地之設計用途也必須納入考慮。如何適當評估風場環境對行人的影響，因其本身就是一個相當主觀的問題，所以到目前為止並沒有一致的標準。如上所述，原則上，無論採用哪一種評估方法進行定量的舒適性評估時，應當建立在兩個要件之下： ○1 適當的行人舒適性風速分級標準， ○2 各級風速標準的容許發生頻率。在文獻中可以發現不同研究者提出不同的風速分級標準和不同的發生頻率，詳如表 3-2。RWDI 風工程顧問公司依據 Williams & Soligo[21]、Lawson & Penwarden[18]、Penwarden & Wise[20]等人的研究，發展了一套舒適性評估準則。國際間以研究風工程著名的科羅拉多州立大學 (Colorado State University) 風洞實驗室的舒適性評估，除了依據上述文獻外，加上了 Hunt、Poiton & Mumford[13]以及 Isyumov & Davenport[16]建議的評估準則。與科羅

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拉多州立大學風洞實驗室齊名的西安大略大學 (University of Western Ontario)風洞實驗室則是根據 Penwarden & Wise、Isyumov & Davenport，Davenport，Isyumov 等人的研究提出其舒適性評估準則。風洞試驗中，各測點位置上的試驗結果被表示為風速處於各級速度範圍內的時間百分率，依此判斷某處的風環境是否舒適。 Hunt 所提出的行人舒適性準則 (見表 3-2)，是以人們進行不同的活動，諸如坐定、站立、步行等評估風力等級，進而計算風速求某一設定範圍內之發生機率評估其舒適性。其評估準則活動分類為 (1)長時間站坐； (2)短時間站坐； (3)行走區； (4)不舒適。在使用時，應視各區域規劃使用的性質不同，選擇適當的評估標準。譬如：風場條件要求最為嚴格「長時間站坐」標準，僅有在規劃設計露天餐廳時，才需要滿足，若是規劃一般的公園，開放廣場休憩區只需要滿足短時間站坐的風場環境即可。舉例而言，在一般休憩區從事長時間站立或坐定，可接受的陣風風速為 6 m/sec，發生的機率小於 10%。若是該處的風場特性為陣風風速為 9 m/sec，發生的機率小於 10%，根據評估準則，該處規範提供人們短時間站立、坐定的休憩區。另外，丁育群、朱佳仁（ 2000）建議國內之環境風場標準［ 2］，其係依都市使用分區，如住宅區、商業區與工業區，而有不同的標準。住宅區為一般民眾休憩區域，可容許的強風發生機率應較低，另外風害敏感地區，常有老弱殘障人士出沒，可容許的強風亦應降低，其標準如表 3-3 所示。商業區為上班、購物之處，發生強風的機率則稍放寬，其評估標準如表 3-4 所示。

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表 3-1 風效應整理表 蒲福風級名稱風速 (m/s) 風速 (km/hr)4 _{風效應描述} 0,1 無風 -軟風 0~1.5 0~5.4 平靜 ,無可察覺之風 2 輕風 1.6~3.3 5.5~11.9 臉頰上感覺到風之輕拂 3 微風 3.4~5.4 12~19.4 輕質旗幟招展擾動頭髮衣襟飄動 4 和風 5.5~7.9 19.5~28.4 塵土揚起 ,紙片飛動頭髮吹亂 5 清風 8.0~10.7 28.5~38.5 身體可感覺到風力雪被吹離地面令人覺得愉快的地面風的上限 6 強風 10.8~13.8 38.6~49.7 舉傘困難頭髮被吹直穩步行走困難耳邊之風聲令人不悅吹離地面之飛雪越過行人高度 7 疾風 13.8~17.1 49.8~61.6 行走覺得不便 8 大風 17.2~20.7 61.7~74.5 前行困難在陣風中保持身體之平衡極度困難 9 烈風 20.8~24.4 74.6~87.8 人被陣風吹倒資料來源：【本研究製作】 4 空曠地面上 10 公尺高度之平均風速，因原始風速值以節 (knot)表示 (1m/s=1.94 節 )，故有小數點以下之風速值。

(41)

表 3-2 各國舒適性評估準則 評估標準活動性風速範圍 (m/s) 發生機率底限長時間停留 _U 3.4 <4% 站立 _U 5.5 <4% 行走 _U 8.0 <4% Lawson and Penwarden [18] 不舒適 _U 13.9 >2% 長時間停留 _U >3.6 <5% 短時間停留 _U >5.3 <5% 慢速行走 _U >7.4 <5% 快速行走 _U >9.8 <5% Isyumov and Davenport [16] 危險 _U >15.1 >5% 長時間停留 U 3U_rms >6 <10% 短時間停留 U 3U_rms >9 <10% 行走 U 3U_rms >9 >10% Hunt et al. [13] 不舒適 _U >9 >1% 長時間停留 U 3.5U_rms >10 <0.075% 短時間停留 U 3.5U_rms >13 <0.075% 行走 U 3.5U_rms >16 <0.075% Melbourne [9] 危險 U 3.5U_rms >23 >0.075% 舒適 U 1.5U_rms >13.9 <1% Boston (1981) 不舒適 U 1.5U_rms >13.9 >1% 露天餐廳 U 2.5U_rms >10 <10% 公園 U 2.5U_rms >10 <22% 人行道 U 2.5U_rms >10 <35% Murakami et al (1986) 危險 U 2.5U_rms >20 >1.5% 坐定 U 2.7U_rms >3.1 <10% 行走 U 2.7U_rms >4.9 <10% San Francisco (1989) 危險 _U >12 >0.011%

(42)

宜人 U 3U_rms >8 <25% 擾人 U 3U_rms >11 >7% 內政部建研所 (住宅區 )[2] 危險 U 3U_rms >25 >0.03% 資料來源：【參考 2 及本研究整理】 表 3-3 住宅區及風害敏感地區之評估標準 分類等級陣風風速 (m/sec) 發生頻率機率 1 宜人 >8 <每月 180小時 <25% 2 擾人 >11 >每月 50小時 >7% 3 危險 >25 >每年 3小時 >0.03% 資料來源：【 2】 表 3-4 商業區及工業區之評估標準 分類等級陣風風速 (m/sec) 發生頻率機率 1 宜人 >8 <每月 225小時 <31.25% 2 擾人 >11 >每月 72小時 >10% 3 危險 >25 >每年 3小時 >0.03% 資料來源：【 2】

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第三節各國評估準則研擬方法

一、 Hunt 的風洞試驗方法

英國學者 Hunt、 Poulton 及 Mumford 等人在 1976 年提出 The Effect of Wind on People; New Criteria Based on Wind Tunnel Experiment，其試驗內容分為三部份，第一部份在不同的風速和擾動下，讓受測者進行簡單的試驗，例如：計算在報紙中找到指定句子所需時間、穿上一件雨衣所需時間等；第二部份為在不同的風速和擾動下，讓受測者感受風速並以問卷記錄他們的感受，由此試驗建立受測者的感受和風速與紊流強度的關係圖，若兩種不同的紊流強度和風速造成的感受相同時，則假設兩者之等效風速相等，以計算出陣風因子 K 值。第三部份則是測量受測者在不同風速與擾動下，行走於風洞時腳底施於地面之水平與垂直力和體重之比值，以建立行走舒適的風速。 二、日本學者 Shuzp Murakami 的實場量測方法

日本學者 Shuzo Murakami, Yoshiteru Iwasa 和 Yasushige Morikawa，在 1985 年發表 Study on Acceptable Criteria For Assessing Wind Environment at Ground Level Based on Residents’ Diaries，作者在東京一棟 14 層大樓附近的購物街進行為期 2 年的風速量測，由 17 個測點附近的居民記錄自己對風的感受，記錄方式採用一固定格式之記錄表，其分為二部份，第一部份有 6 種選項，表達對一整天的受風感覺，第二部份記錄各種由風引起的影響和所延續時間。由風速計測得資料，分析出記錄表資料與風速間的關係，首先從記錄資料表資料可得到第一部分中各選項所佔比例，然後從各選項累積機率與風速的關係圖，可得到每一選項在不同累積機率時所對應風速。

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其中選項 4、 5、 6 代表太強或危險之風速，以此三項為指標，各選項在累積 20％或 80％所對應之風速可從各選項累積機率與風速關係圖求得。若分別累積 20％和累積 80％的選項 4、5、6 繪於風速與發生機率關係圖，並以回歸分析求得回歸線，則可得到累積 20 ％和累積 80％的回歸線，以此二回歸線作為風速標準的上限與下限，則求得之風速標準應界於此二條上下限之間。

(45)

第四章受風感受風洞試驗

第一節試驗設備

內政部建築研究所風洞實驗室風洞本體為一垂直向的封閉迴路系統，總長度為 77.9m，最大寬度為 9.12m，最大高度為 15.9m，為東南亞目前最大之建築風洞實驗室。整個風洞本體具有兩個測試區段，第一測試區中配置有 2 個旋轉盤，第一座旋轉盤直徑 1m，安置於距測試區入口處 3m 處，從事一般流體力學研究；第二座旋轉盤直徑 2.6 m，置於可移動式軌道上，定位於距測試區入口端約 25.5m 或 31.5m 處，並以機械控制使其做旋轉及上下運動，以進行建築物受風力作用的空氣動力學研究及污染擴散試驗為主。第二測試區則配置一座旋轉盤，位於風洞本體整流段出口 15m 處，轉盤直徑為 2.6 m，主要用途以橋梁測試為主。環境風場試驗於本實驗室第一測試段之第二旋轉盤進行，本測試段長 36.5 公尺、寬 4 公尺、高 2.6 公尺，最大風速為 30 公尺 /秒。風洞頂部為可調式上蓋板，以維持測試段壓力梯度為零，並將阻塞比降到最低。實驗室相應性能參數與配置圖如圖 4-1 所示。 一、循環式風洞性能 (一 )、風洞尺寸 測試段長度 36.5 m 測試段寬度 4 m 收縮比 4.7:1 (二 )、驅動系統

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總功率 500 kW 風扇型式直接傳動軸流式風扇風速控制變頻器控制馬達轉速 (三 )、風速 最高風速 30 m/s 邊界層厚度最高 200 cm 紊流強度測試區處約 2 % (四 )、順風向壓力梯度 零梯度由可調式上蓋板調整 圖 4-1 建研所循環式大氣邊界層風洞性能 資料來源：【本研究整理】 一、風速量測設備

(47)

(一 )、皮托管 本研究採用皮托管進行來流平均風速之量測，由皮托管所量測到的壓力差值，利用伯努利方程式 (Bernoulli equation)，即依據後式計算出相應之風速。 (二 )、熱線測速儀 來流風速剖面量測採用 Dantec 公司生產之熱線 (hot-wire)測速儀進行。所謂熱線測速儀是利用電流通過金屬導線時會使導線溫度升高，而當流體流經金屬表面時會帶走部分熱量之原理來量測流體之速度。當探針 (probe)所在位置之電阻 R 值因溫度之改變而改變時，使得電橋失去平衡。本實驗室所有之恆溫式流速儀，利用補償電路 (compensating circuit)，因應流速之變動，對流經探測元之電流做瞬間之改變來維持探測元之操作溫度固定不變 (因而探測元之電阻亦不變 )，使電橋保持平衡狀態。如此即可經由回饋電壓的變化來得知所要量測流場中流速之變化。實驗中，將測速儀裝設於可垂直與橫向移動的移動機構，測針擺設位置均以電腦控制。 (三 )、地表風速計 在進行行人環境風場試驗時，於風洞實驗中須定義行人高度的風場，在風速的量測上，通常需要在不同的風向情況下，量測許多接近地表、不同位置的測點。由於邊界條件的複雜，導致各測點風向的高度不準確性。再加上紊流強度高，傳統之量測工具如皮托管與熱流速儀使用起來相當困難，其誤差亦大。本案之行人高度風速量測採用 Irwin[17]於 1981 年所發展出來的無方向性地表風速計測器來進行，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方向風速。

(48)

(四 )、壓力量測 上述之風速量測方法中，亦涉及壓力之量測。是本計畫採用多頻道電子式壓力掃描閥，用來同步擷取作用於結構表面各點的瞬時風壓，經過適當的處理便可得到結構系統所受之平均風力、擾動風力以及外牆所受之局部風壓。本儀器為 SCANIVALVE 公司之產品，其元件包括： 1.壓力訊號處理系統 (RADBASE3200) (1) 最多可支援 8 組類比訊號轉換成數位訊號之轉換器 (A/D MODULE) (2) 最多可支援 8 組壓力感應模組，共 512 個壓力量測點。 (3) 其類比訊號轉換成數位訊號 (A/D convert)解析度達 16bit。 (4) 最大採樣速率可達 500Hz (5) 採用 USB 介面傳輸。 (6) 具備網路控制與傳輸功能。 2.壓力感應器模組特性： (1) 壓力感應範圍為 ±10in H2O (2). 誤差範圍為 ±0.2% 實驗中將各個風壓孔之壓力訊號經 PVC 管傳遞至壓力感應器模組，其量得之訊號傳至壓力訊號處理系統計算後所得壓力值傳回電腦。 二、紊流流場格柵設備 大氣因受高層建築物阻礙而形成之行人風場為紊流流場，故本案進行實際人體受風感受試驗亦須於風洞內建立紊流流場，本所風洞實驗室紊流流場之建立係於出風口處排列直向 13 支橫向 8 支之格

(49)

柵，如下圖 4-2 及 4-3 所示，格柵木條寬 90 公分，間距中心到中心為 30 公分，因此每一開口為 30 公分 ×30 公分之正方形。表 4-1 為距出風口 2.7m 處平面的紊流流場，其紊流強度平均約為 10％左右。圖 4-4 則為該平面紊流強度等線圖，圖 4-5 為格柵下游之紊流強度示意圖，由圖顯示越接地面紊流強度越強。 圖 4-2 本所風洞實室試格柵尺寸 資料來源：【 4】 圖 4-3 本所風洞實驗室格柵圖 資料來源：【 4】 表 4-1 風洞格柵產生流場之紊流強度

Y(m)

Z(m)

-0.6 -0.3 0 0.3 0.6

1.5 9.57%

10.22%

10.75%

10.61%

10.06%

1.2 9.63% 10.15%

10.61%

10.44% 9.83%

0.9 10.14% 9.70% 9.75% 9.87% 9.29%

0.6 9.92%

9.79%

10.32%

10.23%

9.68%

0.3 10.62%

12.56%

12.70%

12.80%

11.14%

(50)

資料來源：【 4】

圖 4-4 距格柵 2.7m 處平面流場紊流強度示意圖 資料來源：【 4】

圖 4-5 格柵網格下游紊流強度示意圖 資料來源：【 4】

(51)

(52)

第二節受風感受試驗

環境風場的評估應當建立在兩個要件之下：(1)適當的行人舒適性風速分級標準，(2)各級風速標準的容許發生頻率。第一項的行人舒適性風速分級標準在使用時，因設施性質而異。簡言之，人行道的主要活動是步行，開放空間則會有靜坐休憩，二者活動性質不同，評估標準自然有異。本研究將在風洞測試段內建置不同的模擬情境，以擬定舒適性風速分級標準。 一、試驗規劃與分類 目前世界各國之評估準則之分類，可歸納為長時間停留、短時間停留、適合行走、不舒適或危險等五種等級。因此本研究擬將試驗情境分為三種：長時間停留、短時間停留及行走三種情境。長時間停留界定在停留 30 分鐘以上之活動，例如：戶外餐廳、公園坐著休憩等情境；短時間停留則是界定在停留 15 分以內之活動，包括有於公車站等車、或路口靜待紅燈、與等候友人赴約之情境；某些準則將行走情境分類為快速行走與慢速行走兩類，但由於風洞內因空間受限不易產生快速行走的模擬，且快速與慢速行走不易界定，因此本研究將行走情境設定在正常的慢速的行走上，如不趕時間的行走於人行道上或穿越斑馬線。各情境之下為了避免試驗者因為單一動作而過於專注在「進行試驗」的事件上，本研究於各情境下研擬各種活動方式，請受測者完成該動作後再填寫問卷。例如於長時間停留的情境上，如果僅安排受測者坐在椅子上吹風 30 分鐘，如此將使受測者太專注於吹風的事件上，而使試驗問卷過於主觀，因此本研究於此情境內安排受測者翻閱書報、聊天 (每次 5 人同時進行試驗 )或玩手遊戲等動作，各動作完成之後再進行問卷的填寫。

(53)

而測試的風速則是參考蒲福風速分級表，採 2~5 級之最高風速並取 3、4、5 級的中間風速進行試驗，依序為 3.3m/s、4.4 m/s、5.4 m/s、 6.7 m/s、 7.9 m/s、 9.3 m/s、 10.7 m/s。對於每段風速受測後的感受則是採用語意評估，共分五種沒感覺、舒服、尚可、不舒服及非常不舒服。 (一 )長時間停留 長時間停留主要是模擬戶外餐廳用餐，喝咖啡聊天的情境，本研究於風洞測試段內放置一圓桌與數張椅子，並於桌上擺放報紙、雜誌等刊物以供測試者翻閱同時播放音樂，以免受測人員過份專注於風速上。由於模擬情境為長時間停留所以每段風速測試時間為 30 分鐘，試驗情形如圖 4-6 所示。同時為求試驗數據之客觀，本研究於情境試驗內要求受測者進行不動的活動後再進行填寫受測問卷。各類活動包括：翻閱書報、聊天喝咖啡、玩手機遊戲、眼睛受風感覺耳朵受風感覺皮膚受風感覺和頭髮受風感覺等。問卷詳如表 4-2。 圖 4-6 長時間停留情境試驗 資料來源：【本研究拍攝】

(54)

表 4-2 長時間停留情境受風感受問卷

測試人員基本資料

姓名：性別：□男□女年齡：歲

身高：公分體重公斤

氣溫：度濕度：度

身體狀況：□精神非常好、□普通(正常)、□有點虛弱、

□精神不佳(無力、想睡覺)

有無慢性疾病：□無

□糖尿病、□高血壓、□暈眩、□其他：

---著衣量：

(55)

在風洞內感覺：□正常舒適、□壓迫感不舒適

受風問卷表

受風感

活動

沒感覺

舒服

尚可

不舒服

非常不

舒服

翻閱書本雜誌

聊天喝咖啡

玩手機遊戲

眼睛受風感覺

耳朵受風感覺

頭髮受風感覺

皮膚受風感覺

資料來源：【本研究製作】 (二 )短時間停留 短時間停留主要是模擬短時間的站坐，本情境可能發於街道上等待紅綠燈、公車、朋友，或是於廣場座椅石階之上作短時間的休憩等活動，本研究將短時間停留時間界定為 15 分鐘之內。因此進行風洞內受風感受試驗時，每段風速測試時間為 15 分鐘，試驗情形如圖 4-7 所示。於試驗時間內，本研究要求受測者進行各類的活動後

(56)

再進行填寫受測問卷。各類活動包括：站立翻閱書報、空手等人、撐傘等人、眼睛受風感覺、耳朵受風感覺、皮膚受風感覺和頭髮受風感覺等。問卷詳如表 4-3。

圖 4-7 短時間停留情境試驗 資料來源：【本研究拍攝】

(57)

表 4-3 短時間停留情境受風感受問卷

測試人員基本資料

姓名：性別：□男□女年齡：歲

身高：公分體重公斤

氣溫：度濕度：度

身體狀況：□精神非常好、□普通(正常)、□有點虛弱、

□精神不佳(無力、想睡覺)

有無慢性疾病：□無

□糖尿病、□高血壓、□暈眩、□其他：

---著衣量：

在風洞內感覺：□正常舒適、□壓迫感不舒適

(58)

受風問卷表

受風感

活動

沒感覺

舒服

尚可

不舒服

非常不

舒服

翻閱書本雜誌

空手等人 ( 手

撐口袋或

交叉抱胸)

撐傘等人

眼睛受風感覺

耳朵受風感覺

頭髮受風感覺

皮膚受風感覺

資料來源：【本研究製作】 (三 )行走 行走主要是在模擬於人行道、街道上或公園廣場正常速度行走或散步的情境，所謂正常速度界定為在非趕時間的狀態下的行走，如於穿越紅綠燈時係以正常步伐通過，而非在快變燈的情況下，匆忙跑步通過。本研究為模擬行走時可能因風向的因素而造成迎風或側風行走，於風洞測試段內順風向和橫風向上各布置一條 3 公尺和 2 公尺的直線如圖 4-8 所示，請受測者於空手、撐傘及戴帽子情況下完成迎風和側風行走的情境試驗。試驗情形如圖 4-9 及圖 4-10 所示。問卷詳如表 4-4。

(59)

圖 4-8 行走情境路線圖 資料來源：【本研究拍攝】 圖 4-9 行走情境橫風向撐傘試驗 資料來源：【本研究繪製】行走方向行走方向

(60)

圖 4-10 行走情境逆風向撐傘試驗 資料來源：【本研究繪製】

行人風場評估準則相關影響因子分析研究

行 人 風 場 評 估 準 則 相 關 影 響 因

子 分 析 研 究

內 政 部 建 築 研 究 所 自 行 研 究 報 告

中華民國 100 年 12 月

行 人 風 場 評 估 準 則 相 關 影 響 因

子 分 析 研 究

研究人員：郭建源

內 政 部 建 築 研 究 所 自 行 研 究 報 告

中華民國 100 年 12 月

目次

圖次... III

表次... VII

摘要...IX

第一章 緒 論 ... 1

第一節

研究背景 ... 1

第二節

研究緣起與目的 ... 2

第三節

研究內容與方法 ... 5

第二章 文獻與理論背景分析 ... 7

第一節

地表風場特性 ... 7

第二節

建築物週遭氣流特性 ... 11

第三章 舒適性評估準則 ... 17

第一節

各國風速標準的評估方式 ... 17

第二節各國舒適性評估準則 ... 20

第三節各國評估準則研擬方法 ... 25

第四章 受風感受風洞試驗 ... 27

第一節

試驗設備 ... 27

第二節

受風感受試驗 ... 34

第三節

試驗資料分析 ... 45

第四節

小結 ... 70

第五章結論與建議 ... 71

第一節

結論 ... 71

第二節

建議 ... 73

附錄一 期中報告審查意見回應 ... 75

附錄二 期末報告審查意見回應 ... 77

圖 次

圖 1-1 研究流程圖 ... 6

圖 2-1

不同地況下平均風速隨高度之變化示意圖 .... 9

圖 2-2

渦漩示意圖 ... 11

圖 2-3 建築物尾流示意圖 ... 12

圖 2-4 穿堂風示意圖 ... 13

圖 2-5 角隅強風示意圖 ... 13

圖 2-6 遮蔽效應示意圖 ... 14

圖 2-7 金字塔效應示意圖 ... 14

圖 2-8 縮流效應示意圖 ... 15

圖 2-8 縮流效應示意圖 ... 15

圖 4-1 建研所循環式大氣邊界層風洞性能 ... 28

圖 4-2 本所風洞實室試格柵尺寸 ... 31

圖 4-3 本所風洞實驗室格柵圖 ... 31

圖 4-4 距格柵 2.7

處平面流場紊流強度示意圖 ... 32

圖 4-5 格柵網格下游紊流強度示意圖 ... 32

圖 4-6 長時間停留情境試驗 ... 35

圖 4-7 短時間停留情境試驗 ... 38

圖 4-8 行走情境路線圖 ... 41

圖 4-9 行走情境橫風向撐傘試驗 ... 41

圖 4-10 行走情境逆風向撐傘試驗 ... 42

圖 4-11 年齡分佈直方圖 ... 45

圖 4-12 各情境不舒性指標趨勢圖(全體人員)... 50

圖 4-13 各情境不舒性指標趨勢圖(男性) ... 53

圖 4-14 各情境不舒適指標趨勢圖(女性) ... 56

圖 4-15 各情境不舒適指標趨勢圖(夏季) ... 57

圖 4-16 各情境不舒適指標趨勢圖(非夏季) ... 58

圖 4-17 長時停留不舒適指標趨勢圖(夏季、非夏季比

較) ... 59

圖 4-18 短時停留不舒適指標趨勢圖(夏季、非夏季比

行人風場評估準則相關影響因

子分析研究

內政部建築研究所自行研究報告

行人風場評估準則相關影響因

子分析研究

內政部建築研究所自行研究報告

第一章緒論 ... 1

第二章文獻與理論背景分析 ... 7

第三章舒適性評估準則 ... 17

第四章受風感受風洞試驗 ... 27

附錄一期中報告審查意見回應 ... 75

附錄二期末報告審查意見回應 ... 77

圖次

表次

摘要

第一章緒論

第一節研究背景

第二節研究緣起與目的

第三節研究內容與方法

第二章文獻與理論背景分析

第一節地表風場特性