廢氣排放對周圍環境影響之風洞實驗研究

廢氣排放對周圍環境影響之風洞實驗研究

內政部建築研究所成果報告

中華民國 100 年 12 月

（計劃編號）

1062B001

廢氣排放對周圍環境影響之風洞實驗研究

計畫主持人：陳瑞鈴

協同主持人：蕭葆羲

研 究 員：劉文欽 李信宏

研究助理：王詩銘 林濬弘 陳佑姍 曾彥士

內政部建築研究所成果報告

中華民國 100 年 12 月

目次

目次... I  圖次... III  摘 要 ... IX  一、研究緣起 ... IX  二、研究方法與過程 ... IX  三、重要發現與貢獻及應用 ... IX  四、主要建議事項 ... X  ABSTRACT ... XIII  第一章 導 論 ... 1  第一節 前言 ... 1  第二節 計畫研究背景 ... 1  第三節 計畫研究標的 ... 2  第二章 實驗設計與配置 ... 5  第一節 實驗設計 ... 5  第二節 實驗配置 ... 7  第三章 實驗結果與分析 ... 11  第一節 迫近流及建築物流場煙流視現 ... 11  第二節 平均濃度分佈 ... 15  第三節 擴散尺度特性 ... 74  第四章 結論與建議 ... 81  第一節 結論 ... 81  第二節 建議 ... 82  參考書目 ... 85  附錄一 期初報告審查審查委員意見及意見回覆表 ... 89  附錄二 期中報告審查審查委員意見及意見回覆表 ... 93  附錄三 期末報告審查審查委員意見及意見回覆表 ... 97 

圖次

圖 2-1 實驗設計佈置相關位置與實驗量測座標示意圖 ... 6  圖 2-2 追蹤氣體單元之配置示意圖 ... 8  圖 2-3 整體實驗配置示意圖 ... 10  圖 3-1 迫近流之平均風速剖面 ... 11  圖 3-2 迫近流場之主流向紊流強度剖面 ... 12  圖 3-3 建築物上游與下游之煙流視現照片；圖右方為建築物上游，圖左方為下 游，氣流係由圖右方上游吹往圖左方下游。 ... 14  圖 3-4 不同密度福祿數作用下，煙流最終上升高度風洞實驗值與 Briggs 推算公 式比較圖 ... 16  圖 3-5 沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0水平 方向分佈變化；排放源高度 h=0.5H，密度福祿數 Fr=100... 17  圖 3-6 沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0水平 方向分佈變化；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=100 ... 17  圖 3-7 沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0水平 方向分佈變化；排放源高度 h=1.5H，密度福祿數 Fr=100... 18  圖 3-8 沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0水平 方向分佈變化；排放源高度 h=0.5H，密度福祿數 Fr=200 ... 19  圖 3-9 沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0水平 方向分佈變化；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=200 ... 20  圖 3-10 沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0水 平方向分佈變化；排放源高度 h=1.5H，密度福祿數 Fr=200 ... 20  圖 3-11 沿著污染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃 度 C/C0分佈剖面；在排放源高度 h=0.5H，密度福祿數 Fr=100 ... 22  圖 3-12 沿著污染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃 度 C/C0分佈剖面；在排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=100 ... 23  圖 3-13 沿著污染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃 度 C/C0分佈剖面；在排放源高度 h=1.5H，密度福祿數 Fr=100 ... 23  圖 3-14 沿著污染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃 度 C/C0分佈剖面；在排放源高度 h=0.5H，密度福祿數 Fr=200 ... 24 

圖 3-15 沿著污染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃 度 C/C0分佈剖面；在排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=200 ... 25  圖 3-16 沿著污染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃 度 C/C0分佈剖面；在排放源高度 h=1.5H，密度福祿數 Fr=200... 26  圖 3-17 沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0垂 直方向分佈變化；排放源高度 h=0.5H，密度福祿數 Fr=100... 27  圖 3-18 沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0垂 直方向分佈變化；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=100 ... 28  圖 3-19 沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0垂 直方向分佈變化；排放源高度 h=1.5H，密度福祿數 Fr=100... 28  圖 3-20 沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0垂 直方向分佈變化；排放源高度 h=0.5H，密度福祿數 Fr=200... 29  圖 3-21 沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0垂 直方向分佈變化；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=200 ... 30  圖 3-22 沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0垂 直方向分佈變化；排放源高度 h=1.5H，密度福祿數 Fr=200... 31  圖 3-23 在建築物迎風面上游處(X/H=1，2)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃 度垂直方向分佈剖面；排放源高度 h=0.5H，密度福祿數 Fr=100... 32  圖 3-24 在建築物背風面下游處(X/H=4，5，6，7)，污染廢氣團中心軸線無因次 平均濃度垂直方向分佈剖面；排放源高度 h=0.5H，密度福祿數 Fr=100... 33  圖 3-25 在建築物迎風面上游處(X/H=1，2)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃 度垂直方向分佈剖面；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=100 ... 34  圖 3- 26 在建築物背風面下游處(X/H=4，5，6，7)，污染廢氣團中心軸線無因次 平均濃度垂直方向分佈剖面；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=100 ... 35  圖 3- 27 在建築物迎風面上游處(X/H=1，2)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃 度垂直方向分佈剖面；排放源高度 h=1.5H，密度福祿數 Fr=100... 36  圖 3-28 在建築物背風面下游處(X/H=4，5，6，7)，污染廢氣團中心軸線無因次 平均濃度垂直方向分佈剖面；排放源高度 h=1.5H，密度福祿數 Fr=100... 37  圖 3-29 在建築物迎風面上游處(X/H=1，2)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃 度垂直方向分佈剖面；排放源高度 h=0.5H，密度福祿數 Fr=200... 38  圖 3-30 在建築物背風面下游處(X/H=4，5，6，7)，污染廢氣團中心軸線無因次

平均濃度垂直方向分佈剖面；排放源高度 h=0.5H，密度福祿數 Fr=200... 39  圖 3-31 在建築物迎風面上游處(X/H=1，2)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃 度垂直方向分佈剖面；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=200 ... 40  圖 3-32 在建築物背風面下游處(X/H=4，5，6，7)，污染廢氣團中心軸線無因次 平均濃度垂直方向分佈剖面；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=200 ... 41  圖 3-33 在建築物迎風面上游處(X/H=1，2)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃 度垂直方向分佈剖面；排放源高度 h=1.5H，密度福祿數 Fr=200... 42  圖 3-34 在建築物背風面下游處(X/H=4，5，6，7)，污染廢氣團中心軸線無因次 平均濃度垂直方向分佈剖面；排放源高度 h=1.5H，密度福祿數 Fr=200... 43  圖 3-35 量測建築物本體各表面濃度之相關位置標示與座標之示意圖，包括前(迎 風面)、後(背風面)、左、右、及上(頂面)。 ... 44  圖 3-36 建築物迎風面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=0.5H，密度福祿 數 Fr=100 ... 45  圖 3-37 建築物背風面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=0.5H，密度福祿 數 Fr=100 ... 46  圖 3-38 建築物左側無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=0.5H，密度福祿數 Fr=100 ... 47  圖 3-39 建築物右側無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=0.5H，密度福祿數 Fr=100 ... 48  圖 3-40 建築物頂面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=0.5H，密度福祿 數 Fr=100 ... 49  圖 3-41 建築物迎風面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=100 ... 50  圖 3-42 建築物背風面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=100 ... 51  圖 3-43 建築物左側無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=100 ... 52  圖 3-44 建築物右側無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=100 ... 53  圖 3-45 建築物頂面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=100 ... 54 

圖 3-46 建築物迎風面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=1.5H，密度福祿 數 Fr=100 ... 55  圖 3-47 建築物背風面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=1.5H，密度福祿 數 Fr=100 ... 56  圖 3-48 建築物左側無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=1.5H，密度福祿數 Fr=100 ... 57  圖 3-49 建築物右側無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=1.5H，密度福祿數 Fr=100 ... 58  圖 3-50 建築物頂面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=1.5H，密度福祿數 Fr=100 ... 59  圖 3-51 建築物迎風面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=0.5H，密度福 祿數 Fr=200 ... 60  圖 3-52 建築物背風面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=0.5H，密度福祿 數 Fr=200 ... 61  圖 3-53 建築物左側無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=0.5H，密度福祿數 Fr=200 ... 62  圖 3-54 建築物右側無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=0.5H，密度福祿數 Fr=200 ... 63  圖 3-55 建築物頂面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=0.5H，密度福祿數 Fr=200 ... 64  圖 3-56 建築物迎風面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=200 ... 65  圖 3-57 建築物背風面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=200 ... 66  圖 3-58 建築物左側無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=200 ... 67  圖 3-59 建築物右側無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=200 ... 68  圖 3-60 建築物頂面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=200 ... 69  圖 3-61 建築物迎風面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=1.5H，密度福祿

數 Fr=200 ... 70  圖 3-62 建築物背風面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=1.5H，密度福祿 數 Fr=200 ... 71  圖 3- 63 建築物左側無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=1.5H，密度福祿數 Fr=200 ... 72  圖 3-64 建築物右側無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=1.5H，密度福祿數 Fr=200 ... 73  圖 3-65 建築物頂面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=1.5H，密度福祿數 Fr=200 ... 74  圖 3-66 不同排放源高度時，沿排放源下游在建築物前後之污染廢氣團中心軸線 之平均高度變化關係；Fr=100... 76  圖 3-67 不同排放源高度時，沿排放源下游在建築物前後之污染廢氣團中心軸線 之平均高度變化關係；Fr=200... 77  圖 3-68 不同排放源高度條件下，沿排放源下游在建築物前後之污染廢氣團之垂 直方向擴散尺度之函數關係；Fr=100... 78  圖 3-69 不同排放源密度福祿數下，沿排放源下游在建築物前後之污染廢氣團之 垂直方向擴散尺度之函數關係；排放源高度為 0.5H ... 79  圖 3-70 不同排放源密度福祿數下，沿排放源下游在建築物前後之污染廢氣團之 垂直方向擴散尺度之函數關係；排放源高度為 H ... 79 

摘 要

關鍵詞： 建築物環境，點源廢氣污染擴散，風洞實驗，大氣紊流邊界層， 擴散尺度參數 一、研究緣起 提升及改善都市生活環境品質，對於都市建築物周圍環境廢氣污染擴散特 性，有必要進行有效掌控。內政部建築研究所風雨風洞實驗室藉由執行在點源廢 氣連續排放條件下，對單一建築物之周圍環境影響效應與廢氣污染擴散變化特性 之風洞實驗研究與分析，其研究成果除可提供政府相關機構與業界都市建築物理 環境規劃設計之參考，更有助於建築研究所風雨風洞實驗室建立廢氣排放對建築 物環境污染擴散特性風洞實驗之技術，並達到增進實驗室相關應用於建築物理環 境之風洞擴散實驗數據分析能力及經驗。此等皆為執行本計畫研究之目的。 本年度主要研究標的為進行廢氣點源排放於單一建築物，污染在建築物遭周 環境之擴散影響。 二、研究方法與過程 本實驗主要利用內政部建築研究所風雨風洞實驗室之大氣環境風洞，配合適 當三角狀錐板與粗糙元素組合，用以模擬都市型式之中性大氣紊流邊界層，做為 污染擴散之迫近流場。另外設計與建置單一建築物模型，進行建築物周遭環境污 染濃度擴散與建築物表面承受污染濃度之風洞實驗量測。使用調配之甲烷做為追 蹤氣體，並以火焰離子偵測器分析追蹤氣體濃度，藉由紀錄之濃度變化數據，探 討點源廢氣污染排放後，在建築物遭周環境之污染擴散特性之變化。 三、重要發現與貢獻及應用 (1) 本研究結果重要發現包括有：(1)模擬都市地形之中性大氣紊流邊界層之平 均風速剖面與紊流強度剖面，結果符合 Counihan 文獻報告之實場結果。(2) 若排放源高度無論低於或等於建築高度時，在建築物迎風面上游處周圍廢氣 濃度值明顯較建築物周圍其他處(例如：兩側或背風面)為高。(3)當排放點源 高度低於建築物高度時，在建築物迎風面上游周圍環境比較容易形成廢氣累 積聚集，造成濃度增加。排放點源高度若高於建築物高度時，則使建築物迎

風面上游周圍環境之濃度降低。此濃度分佈特性無論排放強度密度福祿數 Fr =100 或 Fr =200 均呈現相似情況。(4)排放源高度低於或等於或高於建築高 度之狀況，在建築物上下游之濃度分佈之垂直擴散尺度參數均沿建築物下游 距離增加而增加。(5)在不同排放源強度密度福祿數 Fr=100 或 Fr=200 狀況， 當改變排放源高度，使得在建築物迎風面處之濃度最大值隨排放源高度增加 而降低。而不同排放源高度之排放後，建築物背風面承受之污染濃度均小於 迎風面之濃度。(6)排放源強度密度浮祿數 Fr=200 與排放源高度 0.5H 之排 放，建築物迎風面之最大濃度發生在高度約在 0.72H 處，相較於排放源強度 密度浮祿數 Fr=100 與排放源高度 0.5H 之排放，建築物迎風面之最大濃度發 生在高度約在 0.68H 處為高。此處 H 為建築物高度。(7)排放源高度增加時， 沿排放源下游在建築物前後之污染廢氣團中心軸線之平均高度也隨之增加。 (2) 本研究之貢獻及應用 計畫完成後之主要貢獻包括：(1)獲得點源廢氣排放對於都市地區單一建築 物周圍環境與建築物本體表面之濃度量測與分析之技術與能力。(2)研究成果有 助於協助建築研究所風雨風洞實驗室建立廢氣排放對建築物環境污染擴散特性 風洞實驗之技術。(3)增進風雨風洞實驗室相關應用於建築物理環境之風洞擴散 實驗數據分析能力與經驗。 本研究成果可應用於都市環境中空氣品質擴散之預測，並提供主管機關或業 界都市建築物理環境規劃空氣品質污染擴散預測之參考。 四、主要建議事項 本研究計畫之執行獲致廢氣點源排放於單一建築物，污染在建築物遭周環境 之分佈擴散特性，為了使得該問題能有更完整之結果，強力建議下年度應繼續編 列預算，執行廢氣點源排放於相鄰(side by side)雙建築物型式之建築物周遭環 境污染擴散研究。 此外為了有利於未來繼續推動後續之研究污染在建築物遭周環境之擴散影 響針對提出以下建議： (1) 近期建議 目前風洞實驗段內部地表面之污染源設置位置只預留一處，對於未來若進行

不同污染排放源位置，將無可調整改變之彈性。為了使得未來風洞實驗室得以進 行更為廣泛相關污染擴散實驗研究，建議日後於風洞實驗段內部地板表面可改良 之，並預設多處污染排放源位置，用以因應不同排放佈置之實驗條件之研究案。 辦理本研究所建置之擴散風洞實驗技術教育訓練，使得建築研究所風洞實驗室研 究人員得以順利承接該風洞擴散實驗之技術。 主辦機關：內政部建築研究所 (2)中期建議 量測建築物本體濃度擴散時，須將諸多量建築物表面測點之接管引出，但風 洞試驗段地表面皆全圍鋼鐵構造，很難因應該等擴散實驗，彈性開孔以利引出濃 度採樣管線。建議日後於風洞實驗段內部地表面可改良之，某些區段將鋼鐵地表 面改為合板地表面，相較易於彈性設置開孔，以配合實驗時進行濃度採樣管線之 佈置。 主辦機關：內政部建築研究所

ABSTRACT

Keywords: building environment, point source dispersion, wind tunnel experiment, atmospheric turbulent boundary layer, dispersion parameter

1. Objective

Due to more and more concern on the urban environment of air quality, it is necessary to develop an effective tool to predict the air pollution dispersion around the urban buildings. The buildings arrangement types in the urban region can generally be classified as: (1) single building, (2) two buildings arranged in side by side or in tandem, (3) multiple buildings in regular space or in stagger arrangements.

To satisfy the above mentioned purpose, the main objective of the present study is to develop the wind tunnel dispersion experiment as the effective tool to offer air pollution assessment on urban environment impact. The other objective of the study is to establish the experimental technique and skill in the wind tunnel laboratory of the Architecture and Building Research Institute (ABRI), Ministry of Interior. We conducted the first year experimental work of the project on the point source pollution dispersion around single building in the urban environment.

2. Method and procedure

The method of wind tunnel experimental set-up mainly included generation of the approaching flow, tracer gas release system, tracer sampling system, and sampled trace gas analysis system.

Executing procedure for the experiment was shown as: (1) Using spires and roughness elements to generate thick turbulent boundary layer as the urban type approaching flow. (2) Release the tracer gas (mixture

of methane and standard gas) through discharged pipe as a point source. (3) Sampling the trace gas by use of the sampled tubes rake and pump system. (4) Measure the concentration of sampled traced gas by use of Flame Ionization Detector (FID).

3. Findings, contributions and applications

The important findings from the wind tunnel experiments are shown as: (1) Turbulent boundary layer generated as the urban type approaching flow was found in agreement with the in-situ result proposed by Counihan. (2) When the point source height was less than or equal to the building height, the pollutant concentrations around the region before the front face of building were shown higher than that of around the regions of back face and lateral faces of building. (3) The pollutant is easily concentrated around the upstream of the building than that of around the leeside of the building as source discharge height becomes lower than the building height. (4) The vertical dispersion parameter increased as the function of downstream of source distance for any source discharge heights. (5) For different source discharge strength (i.e. initial densimetric Froude number Fr=100 or Fr=200), the pollutant concentration in the front face of building decreased as the discharge height increasing. (6) The maximum pollutant concentration occurred at 0.72H of the front face for discharge height 0.5H and discharge strength Fr=200, which maximum concentration position was higher than that occurred at 0.68H for discharge height 0.5H and discharge strength Fr=100. Here H is the building height. (7) The averaged height of the pollution plume increased when the discharge height increased.

The main contributions of the present study are: (1) obtaining the skill and technique of wind tunnel dispersion experiment for point source discharge around single building, (2) to develop the wind tunnel dispersion experiment as the effective tool to offer air pollution

assessment on urban environment impact, (3) to promote and establish the experimental results analysis technique and skill in the wind tunnel laboratory of the Architecture and Building Research Institute (ABRI).

The results of the present study can be applied in the field of air pollution assessment on urban environment impact. Also it is applied as valuable references for air pollution dispersion prediction in the urban environment planning.

4. Suggestions

This study is the first year project. For obtaining complete solution of the urban environment air pollution dispersion problems, it is strongly recommended to continuing execute the second year study project on the dispersion of point discharge around two side by side buildings.

The others suggestions are about the improvement on the wind tunnel facilities, such as part of the tunnel floor should be changed to easily drilling holes for the purpose of pipe line arranging in tracer gas sampling.

Execution of the improvement on the tunnel facility can be completed by the wind tunnel laboratory of the Architecture and Building Research Institute (ABRI).

第一章 導 論

第一節 前言

都市地區建築物林立，人口密集，各式工商活動頻繁，因此包括各種交通工 具及建築物空調通風設備與餐飲營業等所排放廢氣，再再都影響市區之空氣品 質，進而影響區域之生活環境品質。近年來由於生活環境品質的提升，因此相較 對於潔淨空氣環境的要求，更顯的日益迫切。為了改善與提升都市內生活環境品 質，實有必要掌握都市建築物周圍環境廢氣污染擴散特性。 內政部建築研究所風雨風洞實驗室之風洞設備具有諸多可以發展之潛力與 空間，因此藉由執行廢氣排放對周圍環境影響之風洞實驗研究與分析之研究計 畫，將有助於風雨風洞實驗室建立廢氣排放對建築物環境污染擴散特性風洞實驗 之技術，並增進實驗室相關應用於建築物理環境之風洞擴散實驗數據分析能力經 驗。同時本計畫之研究成果亦可提供業界都市建築物理環境規劃之參考。

第二節 計劃研究背景

由於建築物周圍風場變化非常複雜，進而影響廢氣污染之擴散變化。此等問 題之研究探討，學理上可藉由數值模擬或實場量測或進行風洞實驗，以獲得結 果。但由於此等問題之邊界條件具有複雜性，數值模擬自有其限制性而無法處 理。實場量測需耗用相對高額費用，以及受限於大氣自然條件變化，非人力掌控， 很難重覆相同條件之量測(亦即量測再現重複性)。而風洞實驗則具有處理複雜邊 界條件與量測再現重複性之優點，同時所需費用亦低於實場量測。因此對於污染 源排放氣懸性污染物濃度擴散之變化與範圍等之分析研究，風洞實驗係為一種重 要有效之方法，目前被學界或業界廣為採用(詳見參考文獻[1~5])，具有相當之 重要性。

在國內應用風洞進行相關氣懸性廢氣以及重質有害氣體排放後，在各種不同 條件(包括排放強度、地形、地物等)下，於周圍環境擴散變化與特性之實驗分析 及研究，相關成果報告呈現於例如參考文獻[6~14]。國外之實驗研究則有例如： 應用風洞進行模擬都市建築環境廢氣污染擴散(詳見參考文獻[2，3])；風洞實驗 量測建築物後方之廢氣擴散，例如：參考文獻[15，16]。 都市建築物分佈排列型式繁多，或為單一建築物型式，或為前後(tandem) 與相鄰(side by side)雙建築物型式，或為規則(regular)與交錯(stagger)建築 群排列型式等。而都市地區之廢氣污染排放型式可為點源(point source)或線源 (line source)，點源排放為最基本型式之廢氣污染排放，聯結許多點源及形成 線源。因此關於都市地區廢氣排放後對於周遭環境之影響研究，由上述分析組合 可知有許多情況，故需針對系統性組合情況，分年逐一進行風洞實驗研究，方可 獲致該等問題完整之解答。 上述之點源排放為都市地區污染來源之最基本也是最常見之型式，因此都市 點源式廢氣排放對建築周圍環境之影響之系統性組合可區分為三種：(1)廢氣點 源排放於單一建築物，污染在建築物遭周環境之擴散影響；(2)廢氣點源排放於 前後(tandem)與相鄰(side by side)雙建築物型式之建築物，污染在建築物遭周 環境之擴散影響；(3)廢氣點源排放於規則(regular)與交錯(stagger)建築群排 列型式之建築物，污染在建築物遭周環境之擴散影響。

第三節 計畫研究標的

提升及改善都市生活環境品質，對於都市建築物周圍環境廢氣污染擴散特 性，有必要進行有效掌控。內政部建築研究所風雨風洞實驗室藉由執行在點源廢 氣連續排放條件下，對單一建築物之周圍環境影響效應與廢氣污染擴散變化特性 之風洞實驗研究與分析，其研究成果除可提供政府相關機構與業界都市建築物理

物環境污染擴散特性風洞實驗之技術，並達到增進實驗室相關應用於建築物理環 境之風洞擴散實驗數據分析能力及經驗。此等皆為執行本計畫研究之目的。

本年度計畫主要研究標的為進行廢氣點源排放於單一建築物，污染在建築物 遭周環境之擴散影響。藉由風洞實驗量測濃度變化，並進行分析擴散特性。

第二章 實驗設計與配置

第一節 實驗設計

應用建築研究所風雨風洞實驗室之風洞中執行模擬在點源廢氣連續排放條 件下，對單一建築物之周圍環境廢氣污染擴散量測其濃度變化，並分析濃度以獲 得污染擴散特性。 在風洞試驗段入口處設置錐板(spire)，緊接著鋪設粗糙元素(roughness element) 以求得在較短距離內獲致穩定完全發展(fully developed)之紊流邊 界層(turbulent boundary layer)。藉此產生都市型式之中性大氣紊流邊界層， 做為迫近流場(approaching flow)。實驗進行時採用之大氣紊流邊界層條件為中 性都市地區型式之紊流邊界層，其邊界層厚度、紊流特性分佈等將參考學界與工 程界採用相關之規範為依據(指數律平均風速剖面之冪指數 n 介於 0.23 至 0.4 之間)。 設計製作單一建築物模型，置於前述之迫近流場，完成周圍環境風場之佈 置，進而產生單一建築物週圍之環境風場變化。模擬之都市建築物模型高度以浸 沒於都市型大氣邊界層厚度內為原則，而周圍環境擴散尺寸之量測範圍約為排放 源下游距離在十倍建築物高度範圍以內。 組合發煙設備，以產生煙流，以做為建築物上下游流場變化視現之觀察用。 觀察之照明設備採用雷射光源經柱狀鏡切光為雷射光頁(laser light sheet)， 再使用單眼數位相機做連拍照相，獲得煙流視現(flow visualization)照片。 建築物模型之前、後、左、右、上等五個面將等間距鑽孔，並安裝圓管，各 圓管以軟管連接至採樣泵浦，以此對在各面之承受之追蹤氣體採樣量測，分析濃 度大小。

設計製作模擬氣懸性廢氣(airborne waste gas)連續排放系統，採用精密浮 子式質量及流量計，調整及控制排放追蹤氣體(tracer gas)(甲烷混合空氣)之流

量、與排氣速度。該追蹤氣體做為所模擬之氣懸性廢氣(追蹤氣體採用以空氣與 甲烷依某一恰當比例混合之，當做追蹤氣體。並於實驗中以試誤法找出火焰離子 偵測儀(Flame Ionization Detector, FID)最佳偵測者，選用該混合比例。)。 將此設計調配之氣懸性廢氣由排放管經由流量計調控排放後，連續排放進入風洞 內之紊流邊界層內。

排放管設置於建築物前方，以形成點源，氣懸性廢氣連續排放後進入廢氣建 築物週圍之環境風場內，進行追蹤氣體濃度擴散變化。點源排放口高程(亦即排 放管高度)選定為建築物高度之一倍半、一倍、與一半，另外排放之密度福祿數 (densimetric Froude number)條件以不超過 200 為原則，因此本實驗進行時之 密度福祿數為 100 與 200。此處密度福祿數 Fr 定義為： gD u Fr a s ρ ρ Δ = (2-1) 式中u 為排放口排放速度，_s Δρ為排放氣懸性廢氣密度與背景空氣密度差值，ρ_a 為背景空氣密度，為 g 重力加速度，D 為排放口徑。 實驗設計佈置相關位置與實驗量測座標示意圖如 2-1 所示。 圖2­1  實驗設計佈置相關位置與實驗量測座標示意圖  X Z 3H 0.5H U H D 0.5H

D=0.42cm

H=20cm

第二節 實驗配置

整體實驗之配置包含諸單元：(1)迫近流場之建立，(2)建築物模型之設置， (3)煙流視現之配置，(3)追蹤氣體之排放設置，以及(4)濃度採樣系統之建置。 各配置單元敘述如下： (一)迫近流場單元 於風洞試驗段入口處佈放三個高度 1.6m 之三角狀錐板，緊接其後於試 驗段地面處佈置尺寸 6x4x10 立方公分之粗糙元素，並以間隔 10 公分交 錯式排列，以形成紊流邊界層，做為迫近流場。紊流邊界層厚度 Zref = 1.70 m，自由流速Uref = 5.2 m/s。 (二)建築物模型單元 建築物模型以透明壓克力製成，長 10 公分，寬 10 公分，高度為 20 公 分。建築物模型各表面(前面、後面、左面、右面、上面)均設有採樣孔， 每一面設置 9 個採樣孔均勻分配在每一表面，以利濃度採樣之量測。 (三)煙流視現之配置 組合發煙設備，產生煙流，以導管引至風洞建築物模型前施放之，藉此 做為建築物上下游流場變化視現之觀察用。觀察之照明設備採用雷射光 源，並引雷射光將其射至柱狀鏡切光，形成雷射光頁(laser light sheet)，該雷射光頁即為觀察之照明光源。再使用單眼數位相機做連拍 照相，獲得建築物上下游流場變化之煙流視現(flow visualization) 照片。 (四)追蹤氣體單元 追蹤氣體單元之配置，其中追蹤氣體成分採用空氣與甲烷混合依體積 9：1 之比例調製。使用之甲烷氣體純度濃度值須在 99.9%以上，空氣則 使用一般空氣幫浦排放控制主要使用流量計來進行流量控制，其型式為 浮子型式流量計。

排放源之排放管為不繡鋼製成內徑為 D=0.42cm，外徑 0.5cm。該單元之 配置示意圖如圖所示 2-2。 圖2­2  追蹤氣體單元之配置示意圖  資料來源: 本研究整理 (五)採樣系統單元 採樣系統包含：(1)採樣管排：採氣管以不繡鋼薄管製成(內徑 0.3cm、 外徑 0.5cm)15 支並排其間隔 3cm 固定於長條形電木板上，形成管排， 藉以可定點採集水平或縱向剖面之追蹤氣體。(2)採樣氣袋：氣袋為 SKC 公司型號 232 系列空氣採樣袋，材質為 Tedlar(PVF)薄膜對氣體具不滲 透功效，及聚丙烯塑膠製進氣口接頭與矽膠隔塞的單一合併接頭，可提 供取樣及取出氣體以供分析之用，每袋容量為 3 公升。每次採集以七~ 八分滿以利分析，並於濃度分析完畢後將剩餘氣體排出，並利用乾淨空 氣充入清洗兩次，以除去袋內剩餘之採樣氣體。(3) 氣體採樣幫浦：採 用 10-Channel 之蠕動式幫浦，最多可同時等速採樣 10 點氣體樣本，抽 氣量為 0~400ml/min。本實驗採用 350ml/min 之流量操作，每次採集約

(六)濃度採樣分析系統單元

該濃度採樣分析系統單元主要配置包含：(1)火焰離子偵測器(FID， Flame Ionization Detector)：使用 China Chromatography 公司 GC9800

型 號 之 火 焰 梨 子 偵 測 器 。 其 穩 定 為 基 線 漂 移 ≤30 Vμ /15min ， 噪 音 V ν 10 ≤ _{； 溫 度 控 制 可 由} 0oC~350±0.1oC _{， 程 序 升 溫 速 率} min / 25 ~ 1 . 0 oC _{；FID 敏感度為}Mt≤1×10−11_{(16 烷烴)，其中對甲烷反} 應率高達 99%以上，誤差遠小於 1%。於實驗前進行校正，故可不必考慮 實驗所造成之誤差。(2)紀錄器：採用 SISC 公司之色層分析儀處理系 統，該系統紀錄 FID 輸出之訊號，其取點速率為 5.00 點/秒，實驗時間 為 0.9 分鐘。 整體實驗配置示意圖如下圖 2-3 所示。

圖2­3  整體實驗配置示意圖  資料來源: 本研究整理

0 0.4 0.8 1.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Velocity Profile Experimental Data Power-law profile n=0.28 U U_ref Z Zref

第三章 實驗結果與分析

驗量測包括兩部分：(1)迫近流(approaching flow)及建築物流場煙流視現 (smoke flow visualization method)；以及(2)建築物周圍(包含建築物本體各 表面)濃度場之量測，以下分別就迫近流及煙流視現與濃度場之風洞實驗量測結 果進行整理分析與探討。

第一節 迫近流及建築物流場煙流視現

在風洞試驗段入口處佈放三個高度 1.6m 之三角狀錐板，緊接其後於試驗段 地面處佈置尺寸 6x4x10 立方公分之粗糙元素，並以間隔 10 公分交錯式排列，藉 可模擬出符合都市地形的紊流邊界層流迫近流。經模擬後獲得迫近流之平均風速 剖面結果示如圖 3-1。 圖3­1  迫近流之平均風速剖面  資料來源: 本研究整理

中性大氣邊界層之平均風速一般可以指數律(power law)表示，示如下式： n ref ref Z Z U U ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = (3-1)

上式中，Z 為地表上高度、U 為離地面高度、Uref 為自由流速、Zref 為自由

流速之高度。將本實驗之模擬量測結果，以指數律迴歸分析，可得迫近流場之指 數律冪次 n 值為 0.28。，符合 Counihan[17]研究分析實場量測之都市地形邊界 層流之 n 值 0.23~0.4 之範圍。

模擬之迫近流之主流向紊流強度剖面(longitudinal turbulence intensity profile)結果示如圖 3-2。 此處主流向紊流強度定義為測點位置之主流向速度

擾動均方根值(root mean square of velocity fluctuation)Urms與該位置之平

均流速(mean velocity)Umean之比值，Urms/Umean。

圖3­2  迫近流場之主流向紊流強度剖面  資料來源: 本研究整理 圖中結果顯示，在接近地面之主流向紊流強度約為 30 %，依據 Counihan[17] 0 0.1 0.2 0.3 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Z Z_ref U_rms U_mean

研究指出都市地形接近地面處之邊界層主流向紊流強度範圍為 20 % ~ 35 %。因 此本實驗模擬結果與 Counihan[17]研究分析實場量測之結果相符合。另外都市 地形迫近流之主流向紊流強度分佈變化係呈現隨高度增加而逐漸減弱。

在模擬之都市地形之迫近流作用下，建築物上下游之流場變化特性，本研究 應用煙流流場視現方法(smoke flow visualization method)獲得建築物上下游 之風場氣流定性變化。實驗係採用發煙器(smoke generator)釋放煙流(smoke)， 藉以觀察氣流變化特性。並配合雷射光源(laser light)，經柱狀鏡切光轉變為 雷射光頁(light sheet)，再用單眼數位相機連續拍攝，獲得建築物上下游煙流 照片。 圖 3-3 上下兩張照片所示分別為建築物上游以及下游之流場煙流視現照 片。照片右方為建築物上游，照片左方為建築物下游，氣流係由照片右方(上游) 吹往照片左方(下游)。藉由煙流視現照片結果，明顯地顯現：(1)於建築物前方 迎風面處出現下切氣流，並在迎風面建築物近地面處有回流現象；而在建築頂端 處則有呈現氣流分離現象；(2)在建築後方背風面下游處，明顯地呈現出負壓空 腔區，亦即回流區。

圖3­3  建築物上游與下游之煙流視現照片；圖右方為建築物上游，圖左方為下游，氣流係 由圖右方上游吹往圖左方下游。 

第二節 平均濃度分佈

本實驗在風洞試驗段模擬出都市地形之大氣邊界層，並於建築物模型前方 3 倍建築物高度距離處(3H，H 為建築物高度)，連續排放氣懸性追蹤氣體，排放強 度以密度福祿數(densimetric Froude number) Fr 表示，分別為 Fr=100 與 Fr=200；而排放源高度 h 分別為：(1)高於建築物(h=1.5H)，(2)與建築物同高 (h=H)，以及低於建築物(h=0.5H)，分別進行量測分析包括：(1)建築物週圍環境 污染擴散；以及(2)建築物本身各表面(前、後、左、右、上)之濃度分佈情形。 實驗量測主要依據前章所建置之實驗系統與技術以及實驗佈置，據以量測平均濃 度場，並分析相關擴散特性。 檢驗本研究實驗在不同密度福祿數作用下，於平坦地形煙流最終上升高度△ h 之風洞實驗值與 Briggs 研究提出之推算公式值。Briggs[18]公式如下 u v d h= 3 s s Δ (3-2) 上式中， 為排放管口徑， 為煙流出口速度， 為排放管高度之橫向平均風速。 將本研究實驗在不同密度福祿數作用下，於平坦地形煙流最終上升高度△h 之風洞實驗值與 Briggs 之推算公式值結果，兩相比較結果示如圖 3-4。比較結 果顯示，實驗值在不同密度福祿數條件控制下，均與 Briggs 公式推算結果相近 吻合，特別是密度福祿數增大後，實驗值與計算值更為吻合。

圖3­4  不同密度福祿數作用下，煙流最終上升高度風洞實驗值與 Briggs 推算公式比較圖  資料來源: 本研究整理 實驗中所量測到平均濃度值 C，均以排放源出口之初始濃度值 C0為參考比較 基準，將實驗量測濃度結果加以無因次化後，繪圖分析無因次濃度參數值 C/C0 之分佈變化，藉以探討擴散特性。 (1) 建築物周圍平均濃度水平方向分佈 圖 3-5 至圖 3-7 分別顯示於排放源強度密度福祿數 Fr=100 時，在不同 排放源高度等於 0.5H、H、1.5H 時，沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之 建築物周圍之等濃度值水平方向分佈變化。 各圖之等濃度值分佈結果顯示：無論排放源高度低於、等於、或高於建 築高度，在建築物迎風面上游處追蹤氣體均會累積聚集，其平均濃度值明顯 較建築物其他處例如兩側或背風面或頂面為高。

0 1 2 3 4 5 6 7 -2 -1 0 1 2 X/H Y/H C/Co 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 -2 -1 0 1 2 Y/H X/H C/Co 0.00025 0.0006 0.0009 0 0 圖3­5  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0 水平方向分佈 變化；排放源高度h=0.5H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理 圖3­6  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0水平方向分佈變 化；排放源高度h=H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理

0 1 2 3 4 5 6 7 -2 -1 0 1 2 X/H Y/H 0.00025 C/Co 圖3­7  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0水平方向分佈變 化；排放源高度h=1.5H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理 圖 3-5 與圖 3-6 分別為排放源高度低於(h=0.5H)或等於(h=H)建築物高 度，二者其結果均明顯呈現著在建築物迎風面上游處區域濃度聚集現象，意 即在該區域量測到之追蹤氣體平均濃度均較其他周遭區域高。此即由於建築 物之阻擋效應，由前節之建築物煙流視現觀察獲知，迎風面上游處形成下切 氣流與回流區，故致使排放後之追蹤氣體容易在該迎風面上游區域產生堆積 聚集，因此使得平均濃度升高。圖 3-7 之排放源高度超過建築物(h=1.5H)， 因此阻擋效應較弱，使得迎風面上游處之濃度聚集現象較不顯著。 比較圖 3-5 及圖 3-6 與圖 3-7 之結果，我們發現當排放源高度較建築物 高度低時，建築物迎風面上游區域之追蹤氣體累積更顯著，使得該區域之平 均濃度升高變大。 圖 3-8 至圖 3-10 分別顯示於排放源強度密度福祿數 Fr=200 時，在不同排放 源高度等於 0.5H、H、1.5H 時，沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周

0 1 2 3 4 5 6 7 -2 -1 0 1 2 Y/H X/H C/Co 0.0004 0.0005 0.0 00₅ 圍之等濃度值水平方向分佈變化。各圖之等濃度值分佈結果顯示在建築物迎風面 上游處追蹤氣體累積聚集，其平均濃度值相較其它建築物背風面下游處，以及建 築物兩側處，以及建築物頂面之平均濃度明顯較高。而平均濃度分佈族較上游處 濃度值為低。此濃度分佈變化特性無論排放強度 Fr =100 或 Fr =200 均呈現相似 情況。 圖3­8  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0 水平方向分佈 變化；排放源高度h=0.5H，密度福祿數 Fr=200  資料來源: 本研究整理

0 1 2 3 4 5 6 7 -2 -1 0 1 2 Y/H

X/H

C/Co 0.000 9 0.0006 0.0006 0 1 2 3 4 5 6 7 -2 -1 0 1 2 Y/H X/H C/Co 圖3­9  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0水平方向分佈變 化；排放源高度h=H，密度福祿數 Fr=200  資料來源: 本研究整理 圖3­10  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0水平方向分佈 變化；排放源高度h=1.5H，密度福祿數 Fr=200 

在建築物迎風面上游處，圖 3-8 與圖 3-10 結果均明顯呈現著濃度聚集 現象，意即在該區域量測到之追蹤氣體平均濃度均較建築物周遭其他區域 高。此即由於建築物之阻擋效應，形成迎風面上游區域之下切氣流與回流區 (參見第一節之建築物煙流示現結果)，致使排放後之追蹤氣體容易在該區域 產生堆積聚集，使得平均濃度升高。圖 3-10 之排放源高度超過建築物 (h=1.5H)，因此建築物阻擋效應較弱，使得迎風面上游處之濃度聚集現象較 不顯著。 比較圖 3-8 及圖 3-9 與圖 3-10 之結果，我們發現當排放源高度較建築 物高度低時，建築物迎風面上游區域之追蹤氣體累積更顯著，使得該區域之 平均濃度升高變大。此濃度分佈變化特性無論排放強度 Fr =100 或 Fr =200 均呈現相似情況。 在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排放源高度等於 0.5H 時，沿著污 染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃度分佈剖 面，示如圖 3-11。圖中顯示在建築物迎風面上游處 XH=1，2 處平均濃度分 佈曲線呈現較集中且其曲線高峰值也較建築物背面下游處 XH=3，4，5，6， 7 之曲線高峰值明顯為大。

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 0.002 X/H X/H=1 X/H=2 X/H=3 X/H=4 X/H=5 X/H=6 X/H=7

Y

H

C

C

₀ 圖3­11  沿著污染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃度 C/C0分 佈剖面；在排放源高度h=0.5H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理 圖 3-12 則為在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排放源高度等於 H 時，沿著污染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃 度分佈剖面。該圖結果也與圖 3-11 呈現相同之變化趨勢。 在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排放源高度等於 1.5H 時，沿著污 染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃度分佈剖 面結果示如圖 3-13。平均濃度分佈剖面變化趨勢，也與圖 3-11 及圖 3-12 相似。

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 X/H X/H=1 X/H=2 X/H=3 X/H=4 X/H=5 X/H=6 X/H=7

Y

H

C

C

₀ -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 0.0004 0.0008 0.0012 X/H X/H=1 X/H=2 X/H=3 X/H=4 X/H=5 X/H=6 X/H=7

Y

H

C

C

₀                     圖3­12  沿著污染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃度 C/C0分 佈剖面；在排放源高度h=H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理                       圖3­13  沿著污染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃度 C/C0分 佈剖面；在排放源高度h=1.5H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 X/H X/H=1 X/H=2 X/H=3 X/H=4 X/H=5 X/H=6 X/H=7

Y

H

C

C

0 在排放源強度密度福祿數 Fr=200，而排放源高度等於 0.5H 時，沿著污 染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃度分佈剖 面，示如圖 3-14。圖中顯示在建築物迎風面上游處 XH=1，2 處平均濃度分 佈曲線呈現較集中且其曲線高峰值也較建築物背面下游處 XH=3，4，5，6， 7 之曲線高峰值明顯為大。                           圖3­14  沿著污染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃度 C/C0分 佈剖面；在排放源高度h=0.5H，密度福祿數 Fr=200  資料來源: 本研究整理 圖 3-15 則為在排放源強度密度福祿數 Fr=200，而排放源高度等於 H 時，沿著污染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃 度分佈剖面。該圖結果也與圖 3-14 呈現相同之變化趨勢。

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 0.001 0.002 0.003 0.004 _X/H X/H=1 X/H=2 X/H=3 X/H=4 X/H=5 X/H=6 X/H=7

Y

H

C

C

0                     圖3­15  沿著污染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃度 C/C0分 佈剖面；在排放源高度h=H，密度福祿數 Fr=200  資料來源: 本研究整理 在排放源強度密度福祿數 Fr=200，而排放源高度等於 1.5H 時，沿著污 染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃度分佈剖 面結果示如圖 3-16。平均濃度分佈剖面變化趨勢，也與圖 3-14 及圖 3-15 分佈結果相似。

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 X/H X/H=1 X/H=2 X/H=3 X/H=4 X/H=5 X/H=6 X/H=7

Y

H

C

C

₀                     圖3­16  沿著污染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃度 C/C0分 佈剖面；在排放源高度h=1.5H，密度福祿數 Fr=200  資料來源: 本研究整理 (2) 建築物周圍平均濃度垂直方向分佈 在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排放源高度等於 0.5H 時，沿著污 染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值垂直方向分佈變化 結果如圖 3-17 所示。

0 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 Z/H X/H C/Co 圖3­17  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0垂直方向分佈 變化；排放源高度h=0.5H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理 由於排放源高度 0.5H 低於建築物高度 H，建築物將形成阻滯氣流作用， 因此在建築物迎風面上游處出現追蹤氣體濃度聚積，使得平均濃度增加，明 顯較建築物周圍其他區域為大。此現象與 Yassin 等人[19]之實驗結果相同。 圖 3-18 與圖 3-19 所示分別為在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排 放源高度等於 H 與 1.5H 時，沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物 周圍之等濃度值垂直方向分佈變化。

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 Z/H X/H C/Co 0.0004 0.00025 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 C/Co Z/H X/H 0.0001   圖3­18  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0垂直方向分佈 變化；排放源高度h=H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理 圖3­19  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0垂直方向分佈 變化；排放源高度h=1.5H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理

0 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 0.002 X/H Z/H C/Co 0.00015 比較圖 3-17 與圖 3-19 濃度分佈結果顯示：由於排放源高度與建築物高 度超過建築物高度，故追蹤氣體隨氣流越過建築物往下游擴散。因此在建築 物迎風面上游處則追蹤氣體濃度較不易聚積，濃度也相較排放源高度低於建 築物高度時，其建築物迎風面上游處之濃度值為低。 在排放源強度密度福祿數 Fr=200，而排放源高度等於 0.5H 時，沿著污 染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值垂直方向分佈變化 結果如圖 3-20 所示。 圖3­20  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0垂直方向分佈 變化；排放源高度h=0.5H，密度福祿數 Fr=200  資料來源: 本研究整理 圖 3-20 等濃度值分佈變化顯示：由於排放源高度 0.5H 低於建築物高度 H，建築物將形成阻滯氣流作用，因此在建築物迎風面上游處出現追蹤氣體 濃度聚積，使得平均濃度增加，故濃度明顯較建築物周圍其他區域例如背風 面或頂面為大。此現象與 Yassin 等人[19]之實驗結果相同。 圖 3-21 與圖 3-22 所示分別為在排放源強度密度福祿數 Fr=200，而排

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4

X/H

Z/H

C/Co 0 0.0004 0.0004 放源高度等於 H 與 1.5H 時，沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物 周圍之等濃度值垂直方向分佈變化。 圖3­21  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0垂直方向分佈 變化；排放源高度h=H，密度福祿數 Fr=200  資料來源: 本研究整理

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 Z/H X/H C/Co 0.0006 圖3­22  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0垂直方向分佈 變化；排放源高度h=1.5H，密度福祿數 Fr=200  資料來源: 本研究整理 圖 3-22 濃度分佈結果顯示：由於排放源高度超過建築物高度，故追蹤氣體 隨氣流越過建築物往下游擴散。因此造成在建築物迎風面上游處則追蹤氣體濃度 較不易聚積，濃度也相較排放源高度低於建築物高度時，其建築物迎風面上游處 之濃度值(參見圖 3-20)為低。此為排放源強度 Fr=200 之結果，濃度分佈變化趨 勢與排放源強度 Fr=100 時相類似。 在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排放源高度等於 0.5H 時，於建築物迎 風面上游處(X/H=1，2)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃度垂直方向分佈剖 面，示如圖 3-23。

0 0.001 0.002 0.003 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 X/H X/H=1 X/H=2

Z

H

C

C

₀ 圖3­23      在建築物迎風面上游處(X/H=1，2)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃度垂直 方向分佈剖面；排放源高度h=0.5H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理 比較 X/H=1 與 X/H=2 兩處平均濃度垂直方向分佈剖面，我們發現污染廢氣逐 漸往地面擴散，因此在 X/H=2 處近地面(Z/H < 0.3)之平均濃度明顯增加，而在 0.3 < Z/H < 1.2 之平均濃度則降低。由於接近建築物迎風面區域之風場存在下 切氣流，因此在 X/H=2 處近地面(Z/H < 0.3)之平均濃度較在 X/H=1 處近地面之 平均濃度為大。Yoshie 等人[20]以數值模擬高樓周遭之氣體擴散特性，也獲得 類似之結果。 圖 3-24 顯示在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排放源高度等於 0.5H 時， 在建築物背風面各下游處(X/H=4，5，6，7)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃 度垂直方向分佈剖面。

0 4E-005 8E-005 0.00012 0.00016 0 0.5 1 1.5 2 2.5 X/H X/H=4 X/H=5 X/H=6 X/H=7 Z H C C₀ 圖3­24      在建築物背風面下游處(X/H=4，5，6，7)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃 度垂直方向分佈剖面；排放源高度h=0.5H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理 由於建築物背風面風場存在一空腔區，該區域為回流區，基本上此區為負壓 區，因此在 Z/H < 1 之平均濃度分佈較為不規律。 圖 3-25 為在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排放源高度等於 H 時，在建 築物迎風面上游處(X/H=1，2)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃度垂直方向分 佈剖面。

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0 0.5 1 1.5 2 2.5 X/H X/H=1 X/H=2

Z

H

C

C

₀ 圖3­25  在建築物迎風面上游處(X/H=1，2)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃度垂直方 向分佈剖面；排放源高度h=H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理 比較 X/H=1 與 X/H=2 兩處平均濃度垂直方向分佈剖面，我們發現污染廢氣逐 漸往地面擴散，因此在 X/H=2 處近地面(Z/H < 1.0)之平均濃度明顯增加，而在 1.0 < Z/H < 1.6 之平均濃度則降低。由於接近建築物迎風面區域之風場存在下 切氣流，因此在 X/H=2 處近地面(Z/H < 1.0)之平均濃度較在在 X/H=1 處近地面 之平均濃度為大。 圖 3-26 顯示在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排放源高度等於 H 時，在 建築物背風面各下游處(X/H=4，5，6，7)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃度 垂直方向分佈剖面。由於排放源高度與建築物高度相同，污染廢氣團在建築物高 度以上(Z/H > 1.0)之擴散效應較建築物背風面之空腔區內(Z/H < 1.0)顯著。

0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006 0 1 2 3 X/H X/H=4 X/H=5 X/H=6 X/H=7 Z H C C0 圖3­ 26 在建築物背風面下游處(X/H=4，5，6，7)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃度 垂直方向分佈剖面；排放源高度h=H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理 圖 3-27 為在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排放源高度等於 1.5H 時，在建築物迎風面上游處(X/H=1，2)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃 度垂直方向分佈剖面。

0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0 1 2 3 X/H X/H=1 X/H=2

Z

H

C

C

₀ 圖3­ 27 在建築物迎風面上游處(X/H=1，2)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃度垂直方 向分佈剖面；排放源高度h=1.5H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理 比較 X/H=1 與 X/H=2 兩處平均濃度垂直方向分佈剖面，我們發現污染廢 氣逐漸往地面擴散，因此在 X/H=2 處近地面(Z/H < 1.0)之平均濃度明顯增 加，而在 1.0 < Z/H < 1.6 之平均濃度則降低。由於接近建築物迎風面區 域之風場存在下切氣流，因此在 X/H=2 處近地面(Z/H < 1.0)之平均濃度較 在在 X/H=1 處近地面之平均濃度為大。 圖 3-28 顯示在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排放源高度等於 1.5H 時，在建築物背風面各下游處(X/H=4，5，6，7)，污染廢氣團中心軸線無因 次平均濃度垂直方向分佈剖面。由於排放源高度與建築物高度相同，污染廢 氣團在建築物高度以上(Z/H > 1.0)之擴散效應較建築物背風面之空腔區內 (Z/H < 1.0)顯著。

0 5E-005 0.0001 0.00015 0.0002 0.00025 0 1 2 3 X/H X/H=4 X/H=5 X/H=6 X/H=7 Z H C C₀ 圖3­28 在建築物背風面下游處(X/H=4，5，6，7)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃度 垂直方向分佈剖面；排放源高度h=1.5H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理 在排放源強度密度福祿數 Fr=200，而排放源高度等於 0.5H 時，於建築物迎 風面上游處(X/H=1，2)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃度垂直方向分佈剖 面，示如圖 3-29。

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0 0.5 1 1.5 2 2.5 X/H X/H=1 X/H=2

Z

H

C

C

₀ 圖3­29  在建築物迎風面上游處(X/H=1，2)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃度垂直方 向分佈剖面；排放源高度h=0.5H，密度福祿數 Fr=200  資料來源: 本研究整理 比較 X/H=1 與 X/H=2 兩處平均濃度垂直方向分佈剖面，我們發現污染廢氣逐 漸往地面擴散，因此在 X/H=2 處近地面(Z/H < 0.3)之平均濃度明顯增加，而在 0.3 < Z/H < 1.2 之平均濃度則降低。由於接近建築物迎風面區域之風場存在下 切氣流，因此在 X/H=2 處近地面(Z/H < 0.3)之平均濃度較在 X/H=1 處近地面之 平均濃度為大。Yoshie 等人[20]以數值模擬高樓周遭之氣體擴散特性，也獲得 類似之結果。 圖 3-30 顯示在排放源強度密度福祿數 Fr=200，而排放源高度等於 0.5H 時， 在建築物背風面各下游處(X/H=4，5，6，7)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃 度垂直方向分佈剖面。

0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0 0.5 1 1.5 2 2.5 X/H X/H=4 X/H=5 X/H=6 X/H=7 Z H C C 0 圖3­30 在建築物背風面下游處(X/H=4，5，6，7)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃度 垂直方向分佈剖面；排放源高度h=0.5H，密度福祿數 Fr=200  資料來源: 本研究整理 由於建築物背風面風場存在一空腔區，該區域為回流區，基本上此區為負壓 區，因此在 Z/H < 1 之平均濃度分佈較為不規律。 圖 3-31 為在排放源強度密度福祿數 Fr=200，而排放源高度等於 H 時，在建 築物迎風面上游處(X/H=1，2)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃度垂直方向分 佈剖面。

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0 1 2 3 X/H X/H=1 X/H=2 Z H C C₀ 圖3­31  在建築物迎風面上游處(X/H=1，2)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃度垂直方 向分佈剖面；排放源高度h=H，密度福祿數 Fr=200  資料來源: 本研究整理 比較 X/H=1 與 X/H=2 兩處平均濃度垂直方向分佈剖面，我們發現污染廢氣逐 漸往地面擴散，因此在 X/H=2 處近地面(Z/H < 1.0)之平均濃度明顯增加，而在 1.0 < Z/H < 1.6 之平均濃度則降低。由於接近建築物迎風面區域之風場存在下 切氣流，因此在 X/H=2 處近地面(Z/H < 1.0)之平均濃度較在在 X/H=1 處近地面 之平均濃度為大。 圖 3-32 顯示在排放源強度密度福祿數 Fr=200，而排放源高度等於 H 時，在 建築物背風面各下游處(X/H=4，5，6，7)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃度 垂直方向分佈剖面。由於排放源高度與建築物高度相同，污染廢氣團在建築物高 度以上(Z/H > 1.0)之擴散效應較建築物背風面之空腔區內(Z/H < 1.0)顯著。

0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0 1 2 3 _X/H X/H=4 X/H=5 X/H=6 X/H=7

Z

H

C

C

0 圖3­32  在建築物背風面下游處(X/H=4，5，6，7)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃度 垂直方向分佈剖面；排放源高度h=H，密度福祿數 Fr=200  資料來源: 本研究整理 圖 3-33 為在排放源強度密度福祿數 Fr=200，而排放源高度等於 1.5H 時，在建築物迎風面上游處(X/H=1，2)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃 度垂直方向分佈剖面。

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0 1 2 3 4 X/H X/H=1 X/H=2 Z H C C 0 圖3­33  在建築物迎風面上游處(X/H=1，2)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃度垂直方 向分佈剖面；排放源高度h=1.5H，密度福祿數 Fr=200  資料來源: 本研究整理 比較 X/H=1 與 X/H=2 兩處平均濃度垂直方向分佈剖面，我們發現污染廢 氣逐漸往地面擴散，因此在 X/H=2 處近地面(Z/H < 1.0)之平均濃度明顯增 加，而在 1.0 < Z/H < 1.6 之平均濃度則降低。由於接近建築物迎風面區 域之風場存在下切氣流，因此在 X/H=2 處近地面(Z/H < 1.0)之平均濃度較 在在 X/H=1 處近地面之平均濃度為大。 圖 3-34 顯示在排放源強度密度福祿數 Fr=200，而排放源高度等於 1.5H 時，在建築物背風面各下游處(X/H=4，5，6，7)，污染廢氣團中心軸線無因 次平均濃度垂直方向分佈剖面。由於排放源高度與建築物高度相同，污染廢 氣團在建築物高度以上(Z/H > 1.0)之擴散效應較建築物背風面之空腔區內 (Z/H < 1.0)顯著。

0 0.0002 0.0004 0.0006 0 1 2 3 4 X/H X/H=4 X/H=5 X/H=6 X/H=7

Z

H

C

C

₀ 圖3­34  在建築物背風面下游處(X/H=4，5，6，7)，污染廢氣團中心軸線無因次平均濃度 垂直方向分佈剖面；排放源高度h=1.5H，密度福祿數 Fr=200  資料來源: 本研究整理 (3) 建築物表面濃度分佈 除了量測分析建築物周遭上下游之濃度變化擴散影響外，同時也量測分析建 築物本身迎風面、背風面、建築物左側，建築物右側，以及建築物頂面等之濃度 分佈變化。圖 3-35 為本實驗量測建築物本體各表面濃度之相關位置標示與座標 之示意圖，包括前(迎風面)、後(背風面)、左、右、及上(頂面)。

圖3­35 量測建築物本體各表面濃度之相關位置標示與座標之示意圖，包括前(迎風面)、後 (背風面)、左、右、及上(頂面)。  資料來源: 本研究整理 圖 3-36 與圖 3-37 分別為在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排放源高度 等於 0.5H 時，在建築物迎風面與背風面之無因次等值平均濃度分佈。由於排放 源高度 h=0.5H，為建築物之一半高度，低於建築物高度 H，由於排放源之初始動 量與浮量作用，因此使得迎風面之最大濃度發生在高度約在 0.68H 處。背風面之 最大濃度值則低於迎風面之最大濃度值。

-0.25 -0.125 0 0.125 0.25 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

C/Co

Z/H

Y/H

_Y/H

0.25 0.125 0 -0.125 -0.25 圖3­36  建築物迎風面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=0.5H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理

0 0.125 0.25 0.375 0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0.00032

C/Co

Z/H

Y/H

-0.25 -0.125 0 0.125 0.25 圖3­37  建築物背風面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=0.5H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理 圖 3-38 與圖 3-39 分別為在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排放源 高度等於 0.5H 時，在建築物左側與右側之無因次等值平均濃度分佈。

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

C/Co

Z/H

X/H

3.5 3.4 3.3 3.2 3.1 3 圖3­38  建築物左側無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=0.5H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理

3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

C/Co

Z/H

X/H

圖3­39  建築物右側無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=0.5H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理 圖 3-40 為在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排放源高度等於 0.5H 時，在建築物頂面無因次等值平均濃度分佈。

-0.25 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 3 3.05 3.1 3.15 3.2 3.25 3.3 3.35 3.4 3.45 3.5 C/Co Y/H X/H 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 -0.05 -0.1 -0.15 -0.2 -0.25 圖3­40  建築物頂面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度=0.5H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理 圖 3-41 與圖 3-42 分別為在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排放源 高度等於 H 時，在建築物迎風面與背風面之無因次等值平均濃度分佈。圖 3-41 係排放源高度與建築物同高，相較於圖 3-36 之排放源高度為建築物一 半高，因此當排放源高度與建築物同高在迎風面之最大濃度值明顯小於排放 源高度為建築物一半高之情況。在背風面之最大濃度變化情況亦然。

-0.25 -0.125 0 0.125 0.25 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

C/Co

Z/H

Y/H

Y/H 0.25 0.125 0 -0.125 -0.25 圖3­41  建築物迎風面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理

0 0.125 0.25 0.375 0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

C/Co

Z/H

Y/H

-0.25 -0.125 0 0.125 0.25 圖3­42  建築物背風面無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理 圖 3-43 與圖 3-44 分別為在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排放源 高度等於 H 時，在建築物左側與右側之無因次等值平均濃度分佈。

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

C/Co

Z/H

X/H

3.5 3.4 3.3 3.2 3.1 3 圖3­43  建築物左側無因次等值平均濃度分佈；排放源高度 h=H，密度福祿數 Fr=100  資料來源: 本研究整理