建築群配置方式與自然通風效應之研究

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(1)第一章緒論 1-1. 計畫緣起台灣地區地處亞熱帶且四面環海，形成高溫高濕的氣候環境，建築物對於空調設備的依賴甚大。空調設備耗能即佔能源消耗中相當大的一部份。台灣地區約有百分之三十的發電設備量都是為了應付夏日空調用電而開發；夏季的用電尖峰負載時，空調用電更高達總用電量的百分之 41~45%之多，使得電力公司時常不得不實施工業限電措施，以應付民生用電的需求，影響正常的工業經濟發展[1]。在我國建築技術規則中，對於辦公廳、旅館、醫院、百貨商場等類建築物利用外殼耗能量(Envload)指標達到節約能源的目的，此類建築物多屬於完全封閉式建築物，採中央空調方式控溫，節約能源手法主要與空調主機機型選用及運轉模式等較相關。對於集合住宅、學校教室等建築物由於多屬非封閉式建物，甚少採用中央空調主機，對空調的需求屬分散且操作時段不連續，此類建築物如配合適當的自然通風手法，則不但能達到節約能源的目的，更可改善室內空氣品質，達到舒適健康的要求。國內因應聯合國氣候變化公約(FCCC)，減少溫室氣體排放已成為全國共同努力的目標，節約能源消耗與減少溫室氣體排放兩者是密不可分的。而在台灣地區，建築物的生命週期中，使用階段耗能中空調設備耗能佔了相當大的比重；因此，如能減少建築物空調耗電，對節約能源及維護環境永續利用均有所裨益的。另一方面，過度的依賴機械空調，常使建物內空氣品質劣化、疾病藉由空調系統於室內散佈，如能適當的引入外氣對減少病態建築之不良影響甚有助益。為能充分利用自然的力量促進建築物通風效果，對於集合住宅、學校教室等建築群如能在平面配置方式上加以注意，配合氣候條件，. 1－1.

(2) 第一章緒論. 使建築物能輕易的引導合適的氣流進入基地，讓建築物使用者樂於開窗引進新鮮的自然空氣，營造舒適健康的生活環境，而如能減少空調系統開機時間，亦有助於節約能源。. 1-2. 計畫目的本研究計畫目的包括以下三方面： (1)研究建築群平面配置對建築物表面風壓分佈狀況的影響。 (2)由建築物外環境條件，量化評估建築物自然通風利用潛力。 (3)探討在國內氣候條件下，有利於自然通風的建築群配置原則。. 1－2.

(3) 第二章. 研究背景. 2-1.建築物自然通風就物理上的眼光而言，建築物之「通風」與「換氣」是相當類似的行為，但就建築物使用者的角度，則兩者之間有著相當的差異性存在，因此文獻中[12, 21]常以 cross ventilation 代表通風而以 ventilation 代表換氣。「通風」本身並不以降低溫度為目的，而是借助於氣流流經身體，在溼熱的氣候環境下，增加身體散熱量，使人感到涼爽舒適。「換氣」則在於確保室內空氣品質之衛生條件，將新鮮乾淨的空氣引入室內，排除室內不良空氣，控制室內二氧化碳及其他有害氣體的濃度。一般而言，通風的行為已包括換氣的作用，通風良好的室內，如外氣品質良好且無有害物質，則必能同時滿足衛生條件的必要換氣量之要求。通風因須靠流動空氣帶走熱量，因此必須在有感風速下進行，換氣則可因室內外溫度差產生空氣密度不同，而利用浮力引發換氣的動作，不一定需要風力的驅動。「通風」主要是在溼熱的夏季進行，Givoni[18, 8]曾指出通風的目的有三方面：(1)居住衛生之要求－－保持新鮮空氣，提供人體新陳代謝所需之氧氣；(2)滿足人體之舒適感－－排除空氣中多餘之水汽，促進發汗作用，以達到舒適的感覺；(3)結構物之冷卻－－利用流動空氣將多餘熱量排出建物。台灣地區夏季長且多屬熱溼氣候區[5]，建築設計必須充分考慮到利用通風的效用，將夏季的微風引進室內，吹過室內生活區(living area)，促進人體之散熱量，將多餘的熱與濕帶出室外。冬季時則應避免有過多與過高風速的通風氣流進襲室內，以減少身體寒冷不舒適的感覺。本文探討的目標在於建築配置對自然通風的影響，因此將研究之重點集中在依靠風力達成的自然通風行為上。當風吹到建築物上時，由於空氣流動受阻，速度減弱，使風的部. 2－1.

(4) 第二章研究背景. 分動壓變為靜壓，亦即使建築物迎風面上的壓力大於大氣壓力，因此在建築物迎風面上形成正壓區，在建築物的背風面、屋頂及兩側，由於氣流加速曲繞通過，因此壓力小於大氣壓力，形成負壓區；此現象稱作「外界風效應」(External wind effect)[8]。如建築物上有開口，氣流由正壓區流向室內，再由室內向外流至負壓區，形成風壓通風，亦即所謂的「自然通風」。風壓通風的壓力大小主要取決於風速和由建築各面尺寸及風向角間的夾角所決定的氣動力係數 K，其計算式為[7]： PW = K. 其中. ρV 2. (1). 2. PW：風壓，Pa V：風速，m/sec r：空氣密度，kg/m. 3. K：氣動力係數，即某一點上的壓力與風的動壓之比值，其數值介於-1 ~ +1 間，由氣動力模型風洞實驗定之。. 圖 2-1. 建築物受風作用之表面風壓分佈. 實際建築物受風作用時表面風壓的分布甚為複雜，如圖 2-2.所示，受邊界層紊流特性、建築物幾何外型、風攻角、周邊環境等諸多因素的影響，由於表面複雜多變的風壓分布，評估其採壓通風方式進. 2－2.

(5) 第二章研究背景. 行的通風效益，必須有效的將表面風壓分布狀況估算，一般多透過風洞實驗加以量測計算。. 圖 2-2.單棟建物之表面風壓分布狀況. 建築群中建物氣動力行為彼此的影響對表面風壓分布及通風效應均有明顯的改變，尤其是建物側邊分離剪力流與尾流作用最為明顯。以風影現象為例，當風吹向建築後，在其背風面形成渦流區，渦流區在地面的投影又稱「風影」。在風影區內，風力弱且風向不穩定，如果某一建築物位於風影區內，則該棟建築物及難以利用風壓通風。因此，在考慮建築群平面配置時也需考慮風影長度的影響，一般常見將建築物整齊排列式改為交錯排列式，如圖 2-3 所示，便是減少擋風的手法之一[7]。. 2－3.

(6) 第二章研究背景. 圖 2-3. 建築物風影現象. 風影長度主要受風攻角與建築物高度影響，表 2-1 顯示一高：寬：長為 1：2：8 的平屋頂建築物，在不同風攻角作用下，其風影長度的變化。由表 2-1.可見，當風攻角為零時（亦即風從正面吹向建築物），風影長度最大，則前後兩建築物要避開擋風效果所需的間距最大，約為前棟建築物高度的 4 倍；如風向為斜吹，則風影長度將大大減少，因此在考慮建築群平面配置時，設法使盛行風向相對於建築物為斜向，較易使後排建築物位在風影範圍之外。但同時應注意風攻角增大將降低室內平均風速，減少自然通風利用的價值[7]。表 2-1. 風攻角對建築物風影長度之影響[7]. 風. 室內風速降低值. 風影長度. 攻角. (%). 0O. 0. 3.75H. 30O. 13. 3H. 45O. 30. 1.5H. O. 50. 1.5H. 60. 2－4. 備註. 建築模型之高：寬：長 = 1：2：8。設建築物為平屋頂，高度為 H。.

(7) 第二章研究背景. 2-2.建築物平面配置與自然通風林憲德教授[24]採用「冷房度時」(cooling degree hours)及「年平均相對溼度」作為氣候分區之分類指標，並指出台灣地區的建築氣候可分成包括次熱高濕區、炎熱高濕區、炎熱次濕區、高熱高濕區、高熱次濕區及高山區等六種氣候區，如圖 2-4 所示。各區所代表之特徵如下: 1.次熱高濕區(I A)：本區之冷房度時約在 28000-32000(℃h)，.比其它地區較不炎熱，年平均相對、濕度大於 80%，氣候多濕、日照程度比南部少。建築設計應首重於防濕、防結露及通風設計。 2.炎熱高濕區(II A)：本區之冷房度時約在 32000~40000(℃h)，年平均相對濕度大於 80%。氣候炎熱，年雨量只有 1000mm 左右，雨量雖少但感覺相當潮濕，日照充足。建築設計應首重防潮通風外，遮陽設計及防暑設施亦應加強。但澎湖地區因有強風侵襲，因此對澎湖地區還需考慮防風及防鹽害之設計。 3.炎熱次濕區(II B)：本區之冷房度時與 II A 區相同，但年平均濕度小於 80%，氣候較 II A 區乾燥。此區多位於海邊，風速較強。在建築設計上除應考慮遮陽、防暑設計外，還應注意防風及防鹽害。 4.高熱高濕區(III A)：本區之冷房度時大於 40000(℃h)，年平均濕度大於 80%，氣候炎熱且潮濕，日照十分充足，但冬季會有乾旱之情形發生。此區在建築設計上除應嚴格要求遮陽、通風、防暑之設計外，尤其應廣植樹木及綠地以防烈日。 5.高熱次濕區(III B)：冷房度時與 III A 區相同，惟較不潮濕，但冬季之乾旱十分明顯，此區在建築設計上之要求除與 III A 相同外，還應注意防風及防鹽害之要求。. 2－5.

(8) 第二章研究背景. 6.高山區(IV)：本區包括海拔 500m 以上之山地區域，海拔愈高氣溫愈低，年雨量充沛濕度甚高。建築設計上應注意防漏與土壤之安定設計，但因本區範圍相當大，設計上應以分地分區來單獨考慮較為適當。如上段文中所述，次熱高濕區及高熱高濕區在建築設計上特別需要注重通風的設計。如圖 2-4 所示，台灣地區大部分人口聚集活動的區域多屬前述兩種氣候區，因此建築自然通風如能善加利用，其成效將十分顯著。. 圖 2-4 台灣地區的建築氣候分區[24]. 2－6.

(9) 第二章研究背景. 在溼熱氣候區為創造良好的室內熱環境最重要的兩件事就是「通風」與「防潮」[5]，建築設計可考慮如下三方面[7]： (1)有利的通風條件，使室內空氣能順暢地流動。 (2)盡量減少日輻射對周圍環境的影響，降低環境溫度。 (3)結合建築設計，在窗口、外牆以至屋頂設置遮陽，減少室內之輻射熱。. 圖 2-5 台灣地區全年的平均風速分布[24]. 2－7.

(10) 第二章研究背景. 台灣地區全年的平均風速分布[24]，如圖 2-5 所示，雖然建築通風是結合建築設計與氣候的，單由年平均風速無法提供有效利用自然通風的方式，但可了解到台灣地區先天氣候條件上是具備自然通風潛力的。賴榮平教授[21] 研究指出，以台南地區氣候條件而言，一年之中有 239 天過分溼熱，影響日常生活與工作效率，而其中有 59 天超過溫濕調整界線，必須仰賴機械空調，其餘約 180 天之天氣可利用通風達到舒服的範圍，可見自然通風的經濟效益極大。而蔡崇和教授[20] 研究指出，就台北地區而言，依平均氣象年逐時風速、風向、氣溫等資料推算的「通風利用率」通常約在 15~30%左右，亦即全年約有 1300~2600 小時之時間帶可利用自然通風。整體而言，台灣地區夏季季風宜人，至於冬季的季風則仍屬令人感到寒冷不舒適的。因此良好的建築配置應能引進夏季的季風，以減輕建築物夏季的燠熱。在冬季時，為避免東北季風灌送，應注意在建築物配置的相互關係上設法阻絕東北季風，所以社區內的開放空間應有良好的庇護，使區內冬季不受到北風直接吹襲，而夏季應有自然風的流通。處理原則可在社區北面或東北面宜配置高大而連續的建築物，形成擋風的大牆面以阻隔東北季風，南面宜配置低小而分散的建築物，避免遮蔽夏季西南季風[9]。就居住者的健康而言，需要靠流通的空氣、溼度適宜的環境、足夠的日照等自然物理條件來支持，住棟的開口面向便直接影響室內的物理環境。因此，每個居住單元應至少具備兩個以上的通風採光面，為顧及經濟因素，至少在重要居室空間如起居室、臥室、廚房，需有一方向直接採光通風。一般而言，配合台灣地區季風特性，南、北兩向開口，可有最佳的採光通風面，有利室內空氣的對流[9]。此外亦可由住戶單元的組合之改進著手，以增加採光面。在採用風車型平面時，各向單元的開窗更應注意方位，不可完全相同[9]。濕熱氣候地區，溫度與溼度因素對設計條件具有決定性的影響，良好的通風性能可使建築物具有既可防暑又可除濕的良好環境. 2－8.

(11) 第二章研究背景. [5,11]。以下列出具備引導適當的氣流進入建築群之配置原則： (1) 利用鄰近之街道巷道及建築物槽化作用，引導風吹入基地。. (2) 避免形成如工字型或日字型等封閉式之建築群組合型態，建築物應具有適當鄰棟間距以利風行，亦需注意避免於鄰棟間形成冬季強風增強處。. (3) 將建築群之缺口或開放空間迎向所需自然風之盛行方向，使風易於到達建築群內之各空間。. (4) 建築群之配置宜將開放空間較大者置於所需自然風盛行方向之上風處，而將開放空間較小者置於其下風處。. 2－9.

(12) 第二章研究背景. (5) 建築物錯開排列，以使各建築物有較有利的迎風面。. (6) 如為規則並列之建築群，則應設法使其與所需自然風盛行方向成一角度，以利風吹及每一建築物。. (7) 組合型態之建築物如工字型之腹部、口字型或日字型之中庭等，易形成氣流之死角，而有通風不良的現象，解決對策為加大排與排間的距離及中庭尺度，或採用透空式的建築型態取代密閉式之型態。. 2－10.

(13) 第二章研究背景. (8) 建築群之高度變化宜作適當規劃，將較高建築物配置於冬季季風方向，則可庇蔭大部分地區；相對地，將較低層之建築物配置於夏季季風方向，可使建築群其他區域接獲得較佳的通風效果。. (9) 避免同樣高度的建築物密集的配置在一起，亦避免高低相差太大的建築物緊密地配置在一起。. 建築水平配置型態如為工字型、日字型等較封閉的建築配置，其中庭易有通風不良、形成氣流死角的現象。而建築物間距或開口過於狹小，則會產生縮流現象與風擊現象，影響使用者之舒適度[10]。解決的方法有： (1) 加大建築物排與排間的距離集中庭尺度。 (2) 加大建築物開口率或採用透空的建築型態。 (3) 利用導風板、導風植栽以引導氣流。 (4) 建築群配置避免過於整齊，儘量錯開配置，使每棟受風機會增加。. 2-3.國內常見之集合住宅形式由住戶單元水平集合而成之住棟型態大致可分為線形、集中型、. 2－11.

(14) 第二章研究背景. 圍被型三種，此三種類型所能組配置之水平空間具有許多種可能性，但均與街道之系統、街廓大小及開放空間類型有關，因此，由住棟的水平組合而成的配置方式大致可歸納為巷弄型、排列型、簇群組合及大街廓中庭等四種[9]。 (1)巷弄型集合住宅平面配置：巷弄型平面配置其特性為較易反應座向方位、配置較巷弄型富彈性、具備不同層次之開放空間、可集中停車等。國內如高雄市二苓國宅社區、高雄市小港國宅社區、桃園縣八德市更新國宅社區等均屬此類型配置方式。. 圖 2-6. 巷弄型集合住宅平面配置. (2)排列型集合住宅平面配置：排列型平面配置其特性為較易反應座向方位、清晰的正背空間、帶狀的鄰里開放空間、易與現有之街巷系統融合、每戶皆有專用之停車庫。國內如台北市國輝國宅社區、高雄市四維國宅社區、高雄市君毅正勤國宅、高雄市果貿國宅二期、台北縣新店市中正國宅社區等均屬此類型配置方式。. 圖 2-7. 排列型集合住宅平面配置. (3)簇群組合集合住宅平面配置：簇群組合平面配置其特性為開放空間有領域的層次感、易塑造向心型的社區中心開放空間、社區感較. 2－12.

(15) 第二章研究背景. 強烈。國內如台北市治磐國宅社區、台北市成功國宅社區、台北市青年國宅社區、高雄市光華國宅社區、台北縣中和市飛駝一村二期國宅社區、台中縣大里市健康國宅社區、台中縣豐原市社皮國宅社區等均屬此類型配置方式。. 圖 2-8. 簇群組合集合住宅平面配置. (4)大街廓中庭型集合住宅平面配置：大街廓中庭型平面配置其特性為街廓中心提供留設大型開放空間、具備公園之功能、社區感較強烈等。國內如台北市興安國宅社區、台北市大安國宅社區、台北市新隆國宅社區、台北市大湖國宅社區、台北縣林口國宅社區、台中市文心國宅社區等均屬此類型配置方式。. 圖 2-9. 大街廓中庭型集合住宅平面配置. 就單棟住宅單元常見的水平組合方式包括獨戶透天型、共用走廊型、雙併、三併、四併、五戶組合、六戶組合與八戶組合等多種方式 [10]。. 2－13.

(16) 第二章研究背景. 圖 2-10. 單棟住宅單元常見的水平組合方式. 2－14.

(17) 第二章研究背景. 2-4. 邊界層流場中柱體群之氣動力行為關於建築群配置與自然通風間的關係，其間所存在的氣動力行為表現，多可由邊界層流場中柱體群氣動力現象加以解釋與探討。文獻中對於前後縱排(tandem)柱體群之氣動力特性，Sakamoto 於 1987~1988 年間，對於二方柱體間氣動力特性之相互影響做過一系列之研究[13,14,15]，於二維流場中根據附近之壓力分布及渦漩量測，可分為兩種流況： 1.上游方柱之渦漩因受下游方柱之破壞，而於二方柱間型成一準穩定區(quasi-steady region)。 2.流體流經上游方柱後，如並未於下游方柱產生再接觸現象 (reattchment)，且在二方柱間有迴捲(roll-up)現象，將使得前後方柱皆有獨立之渦散產生。上述兩種流況之分野乃取決於柱體群之間距。Sayers[16]之研究指出，三方柱極為靠近時，下游二方柱其曳力係數為負值，亦即受到與逼近流相反方向之風力。橫向排列 (side-by-side) 柱體群之氣動力特性， Sakamoto & Haniu[15]研究指出，二方柱體中心間距與迎風面寬度比(以下簡稱距離比)小於 6 時，曳力係數皆受側方柱體影響而較低。而 Sayers[16] 研究二為三方柱體之排列，則發現柱體間距與曳力係數間無明顯趨勢。賴建志[17]關於邊界層流場中高寬比 7 方柱體群氣動力特性之研究指出：前後縱排柱體群之邊到邊距離比 3，是不同氣動力機制的分際，與 Sakamoto[13,14,15]研究結果相符；而邊界層流場中橫向排列柱體群之邊到邊距離比約在 2.0~2.25 附近對柱體氣動力特性影響最大，距離比大於 3.5 後，影響即趨於薄弱。. 2－15.

(18) 第二章研究背景. 2-5.建築物自然通風潛力評估利用風力達到通風換氣之目的時其換氣量可用下式計算[12]： QW = A0 v a Cφ cosθ. (2). QW：風力換氣量，m3/sec. 其中. A0：空氣之排出口面積，m2 Ai：空氣之進入口面積，m2 va：外氣風速，m /sec C：建築物開口附近因風力所產生的壓力係數（風壓係數）. φ：換氣係數，與棟距、建築物幾何外型有關，ϕ =. α 1+ M 2. a：有關開口或間隙的摩擦係數 M：開口比，M=Ao/Ai. θ：風攻角由(2)式可知，在相同的逼近流場與建築物尺寸時，自然通風量 QW 正比於當時建築物的風壓係數 C。因此評估建築群利用各種不同平面配置方式，產生的通風效果，可利用風洞實驗量測各種不同平面配置方式下，建築物表面風壓係數加以比較。經由實驗數據的評估，獲得量化的評估結果，將較僅利用原則或法則直接判斷所得的結果更為確實。今設 CPP 為利用建築物氣動力模型風洞實驗量測所得之單點風壓係數： C PP =. 1 2. P ρU 2. (3). 將模型表面各點風壓係數以面積分方式計算，可得模型第 i 面的風壓係數為：. 2－16.

(19) 第二章研究背景. C Pi = ∫ C PP dA. (4). A. 為能有系統的比較實驗結果，本研究設計一評比指標 Vi： Vi = Max(C Pi − C Pj ) ， i ≠ j. (5). 其中 CP 表建築物模型表面之整面風壓係數，由建築物模型表面各點風壓係數利用面積分計算求得。由此可見 Vi 將反映該建築模型在實驗所安排的配置情形下，可獲得的最大自然通風機會，建築物實際自然通風量受開口狀況的影響，將會有所折減。本文考慮的角度，是探討如何利用配置上的調整使建築物獲得最多與最佳自然通風機會的外環境，因此建築物開口的影響暫不計入模式之中。. 2－17.

(20) 第三章建築物氣動力實驗規劃 3-1.實驗方法由於建築物形式與配置方式的變化無限，本研究選取數個常見且具代表性的建築群模型，於風洞中進行氣動力實驗，量測在不同風攻角與流場作用下其表面風壓分佈，評估平面配置對通風的影響，藉此對該配置方式可提供的自然通風水準能有具體量化的了解。建築群模型氣動力實驗實驗部分與淡江大學結構氣動力實驗室合作進行，利用淡江大學大氣邊界層風洞進行一系列柱體模型的氣動力實驗，實驗配置如圖 3-1 所示。風洞為一開放吸入式風洞，風速範圍為 1~17m/sec，平滑流場之紊流強度約 0.7%。風洞試驗段長 18m、寬 2m、高 1.5m，天花板高度可調整，實驗段下游後半段設有兩座直徑 1m 之旋轉工作檯。實驗段內設有電動垂直升降架，軸流式風車直徑為 1.2m，由一部 75 匹馬力之直流式馬達帶動，風速可經控制風扇之轉速而改變。壓力量測系統採用機械式壓力掃描系統 (Scanivalves)，系統具有三個掃描模組，各模組有 48 個壓力連接埠 (pressure port)，共計有 144 個壓力連接埠可資應用。. 圖 3-1 建築物模型風洞實驗配置. 本計畫所使用的建築物模型可分為風壓模型及幾何實體模型兩. 3－1.

(21) 第三章建築物氣動力實驗規劃. 大類，兩類模型均為模擬常見集合住宅、校舍等建築物之量體，而以單純的幾何形狀加以表現。模型高度(H)為 32cm，風攻角零度時寬度 (D)為 8cm，順風向深度(B)為 8cm。實驗時建物模型高度處風速約為 6.5m/sec，雷諾數(Reynolds number)約為 35000，流場行為已屬亂流 (turbulence)作用型態，依雷諾相似性(Reynolds similarity)其氣動力行為表現與現場建物的實際表現具相似性。. 圖 3-2 多頻道壓力掃描系統(掃描模組與壓力轉換器部分). 3－2.

(22) 第三章建築物氣動力實驗規劃管線系統機械式壓力掃描器. 壓力轉換器. Amplifier. A/D convertor. PC. 圖 3-4 點壓力量測配合機械式掃描器系統示意圖. 圖 3-3 氣動力實驗用風壓模型. 風壓模型如圖 3-3 所示，模型本體以壓克力板粘合製作，此類模型主要工作量測建築物模型表面風壓為主，模型表面鑽設直徑 2mm 的風壓量測孔，均勻分佈於模型表面，壓力孔後端以 PVC 軟管導引壓力訊號至壓力量測設備，由於本研究所量測之資料以平均風壓為主，因此將同高度層且同平面上均勻分佈之壓力訊號導入器相合成器 (manifold)，再將合成之訊號接入壓力量測設備以減少量測儀器之數量，並簡化管線系統。風壓模型表面之風壓量測方法為在模型表面鑽設大量風壓量測孔，透過長 75cm、內徑 1.5mm PVC 軟管及氣相合成器所構成的管線系統 (tubing system) 導入壓力轉換器，利用多點式壓力掃描器 (scanivalves)讀取各點壓力訊號，再經訊號放大器將訊號做適當的放大後，傳入計算機中儲存，供作進一步數據分析；量測系統之配置情形如圖 3-4 所示。壓力訊號之取樣頻率為 200Hz，經以不同取樣時間比較單點平均壓力值，結果顯示取樣 3000 點以上時，其平均值已甚為穩定，因此本實驗取樣時間採用 16sec。幾何實體模型亦是以壓克力板粘合製作，由於安置幾何實體模型的目的在於建築群平面配置條件，產生建築群對流場的影響，因此模型表面並不設置任何壓力量測孔，配合風壓模型一併置於風洞中進行實驗，幾何實體模型在數量上較風壓模型為多，並據以調整建築群平. 3－3.

(23) 第三章建築物氣動力實驗規劃. 面配置方位、鄰棟間距等實驗參數，以瞭解建築群配置的改變對風壓模型上壓力分佈之改變。. 3-2 實驗流場 1.大氣邊界層流場對於中性(neutral)且穩定(stable)的大氣邊界層其平均風速剖面可利用簡化的指數或對數律加以表示：對數律(logarithmic law)： U ( z) 1 z − d 0 = ln u* z0 κ. (4). 指數律(power law)： α. U ( z)  z  =  , U0 δ . 0≤ z ≤δ. (5). 其中 U0 為邊界層外自由流風速 d 為邊界層高度 a 為指數律指數 k 為 von Karman 常數(≒0.4) u* 為摩擦速度(frictiion velocity) d0 為零風面位移(zero plane displacement height) z0 為粗糙長度(roughness length) 一般而言，對數律在接近地表部份對風速剖面描述的準確度頗佳。但考慮高層建築所受風力有 90%~95%由結構物上部承受，故在進行風洞實驗時，逼近流場風速剖面多採指數律描述較符合實際狀況。不同地形流場在指數律中以不同的指數加以表示，表 3-1 列出了. 3－4.

(24) 第三章建築物氣動力實驗規劃. 幾種常見地形條件邊界層厚度及平均風速剖面指數。. 3－5.

(25) 第三章建築物氣動力實驗規劃. 表 3-1.不同地形流場邊界層厚度及平均風速剖面指數律指數[2]. 參考資料. 海灘 α. δ(m). 1/10. ASCE 7-95 1/11.5. 市郊. 都會中心. α. δ(m). α. δ(m). α. δ(m). 0.16. 275. 0.28. 400. 0.4. 520. 213. 1/7. 274. 1/4.5. 366. 1/3. 457. 213. 1/9.5. 274. 1/7. 366. 1/5. 457. Davenport ANSI. 開闊平原. 2.大氣邊界層流場模擬本計畫目標建築物均為位於大氣邊界層中之結構物，因此實驗流場採邊界層流場。為能比較不同開發程度區域對自然通風的影響，採用兩種不同的流場進行實驗，以供相互的比較，模擬的流場分別模擬市郊平坦地區及都會中心區的紊流邊界層流場，風洞中邊界層流場的產生是利用由粗糙元素(roughness element)、阻牆(barrier)、錐形擾流板(spire)等構件模擬而得。流場量測採用恆溫式熱模探針(hot-film)配合 TSI 公司出品之 IFA100 風速儀，以 500Hz 之採樣頻率、每段 (segment)4096 點、共計 15 段的方式，經段平均(segment average)與頻率域平均處理而得。流場的平均風速、紊流強度、長度尺度(length scale)剖面圖及風速頻譜如圖 3-5 所示，兩組流場平均風速剖面，利用指數律擬合得指數為 0.15 及 0.32，本實驗中分別稱為 BL1 及 BL2，代表一般平坦地形及都會地區流場特性。BL1 之紊流強度在近地表處約為 10~20%，在邊界層高度約為 3%。BL2 流場在近地表處之紊流強度約為 30~35%，在邊界層高度降至 6%之間。模擬之紊流頻譜並具備自然界紊流頻譜慣性次階(inertial subrange)斜率為-5/3 特徵。BL1 及 BL2 邊界層厚度均為 1.2m。由表 3-1 中可見，本文所模擬的兩種流場平均風速剖面指數，與 ANSI 標準近似。. 3－6.

(26) 第三章建築物氣動力實驗規劃. 圖 3-5. 模擬之大氣邊界層流場性質. 3-3.實驗模型配置規劃為求能適度反應建築物幾何外型與平面配置的多變性，實驗中所面對的控制參數包括有：建物高寬比、建物深寬比、鄰棟間距、排列. 3－7.

(27) 第三章建築物氣動力實驗規劃. 方式、風場特性、風攻角等多項。為避免實驗過於龐雜，影響數據分析的考慮下，就實際建築群常見的配置尺寸進行研究，再逐步探討變化各參數的影響，以供模式建立之用。建築物模型平面配置參考住宅單元組合方式[10]規劃數種配置方式，如表 3-2 所示。表 3-2 中設置壓力量測孔者為風壓模型，其餘則為幾何實體模型。建物模型氣動力特性資料皆來自風壓模型，風壓模型位置的考慮主要是建築群中位處中間的建物，其自然通風機會一般而言屬較差的，可以利用實驗結果，探討其可能的改善方式。表 3-2 風壓模型配置方式. 配置方式. 圖說. A.直線排列方式. B.星狀排列方式. C.十字型排列方式. 3－8.

(28) 第三章建築物氣動力實驗規劃. 配置方式. 圖說. D.工字型排列方式. E.ㄇ字型配置方式. 在所列之建築群配置方式，中間棟建物由於受兩側鄰棟建物影響，其自然通風利用的情形顯然要較側邊建物為差，因此本文選取個配置之中間建物為目標建物，探討其自然通風與配置間的關係，並嘗試尋求改善之道。如前文所述，模型之高寬比（建築物高度與風攻角為零時建築物迎風面寬度之比，H/D）採用 4.0 製作，模型深寬比（風攻角為零時建築物迎風面寬度與順風向建築物深度之比，D/B）採 0.6，將模型固定於風洞內可旋轉之工作台上進行量測，各模型均獨立製作再依實驗配置條件加以組合使用，以節省器材。配置 B 及 C 型主要在研究風攻角改變時，建築物模型表面壓力變化狀況，探討良好通風條件之攻角範圍，因此建築模型間為密合，並不考慮模型間距的改變。配置 A、D、E 等型探討建築群集中或圍被狀況對通風的影響，因此要考慮建築物鄰棟間距的影響，將間距比亦納入實驗控制參數之中。所有配置均考慮不同風攻角的影響，實驗中採用的風攻角由零度開始，每次變化增量為 22.5 度角，全周共計 16 個風向角，與氣象資. 3－9.

(29) 第三章建築物氣動力實驗規劃. 料常用的方向角一致。考慮到幾何對稱條件，對稱角度之配置狀況即不重複進行實驗。實驗中所使用的逼近流場一律採用兩種流況考慮，亦即前節中所描述代表市郊平坦地形之 BL1 及都會區 BL2 兩種流場。. 3－10.

(30) 第四章實驗結果與討論 4-1 直線排列建築群 1.平坦開闊地區流場本組配置方式考慮直線排列建築群配置，鄰棟建物不相連，目標建物為中間棟建物，本組實驗同時考慮鄰棟間距及風攻角兩項影響因子。鄰棟間距比是取中間建物與側邊建物兩者形心點在 X 軸上投影位置距離與風攻角零度時目標建物迎風面寬度(B)的比值，實驗採用的間距比變化範圍為 1.5~5.0。. 圖 4-1. 直線排列建築群氣動力實驗配置狀況. 實驗結果如圖 4-2 所顯示，在代表平坦開闊地區的 BL1 流場中直線排列建築群，當風攻角小於 45 度時，隨間距比及攻角的增大，Vi 值逐漸上升，顯示目標建物受上游建築物的遮蔽影響逐漸消退。隨風攻角的增大，各間距比之 Vi 值皆於攻角為 90 度時達到極大值；由於攻角為 90 度時，原上下游之建物，轉變為分居左右兩側，. 4－1.

(31) 第四章實驗結果與討論. 逼近流可充分作用於中間柱體，因此自然通風潛力達到最大。比較各間距比在風攻角 90 度時之 Vi 值，可見小間距比的 Vi 值反而較大間距比的 Vi 值為高，顯示此時中間建物左右兩側氣流受鄰棟建物距離甚近的影響，而有渠道效應的產生，使狹縫中氣流速度提昇，同時提昇了 Vi 值。如本文前段所述，過於狹窄的通風通路使氣流局部加速，將衍生環境風害的問題。當風攻角介於 45~135 度之間，且間距比大於 2.5 之後 Vi 值的變化幾乎與間距比無關，表示此時相鄰建築物的影響已減至最小。攻角 90 度至 180 度建築物受風作用之 Vi 值變化趨勢與前述趨勢呈反對稱情形演變。 BL1流場. 建築配置A. 1.6. 風攻角. 1.4. wind. 通風潛力指標 Vi. 1.2 1 間距比=1.5. 0.8. 間距比=2.0 間距比=2.5. 0.6 0.4 0.2 0 0. 22.5. 45. 67.5. 90. 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 360 風攻角 (度). X. BL1流場. 建築配置A. 1.6 1.4. 通風潛力指標 Vi. 1.2 1 間距比=3.0. 0.8. 間距比=4.0 間距比=5.0. 0.6 0.4 0.2 0 0. 22.5. 45. 67.5. 90. 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 360 風攻角 (度). 圖 4-2. BL1 流場中，直線排列建築配置目標建物 Vi 值隨間距比與風攻角之變化. 依賴建志[17]之研究指出，前後縱排方柱體群其不同氣動力行為的分界為邊到邊(side to side)的距離比 3.0，本研究目標建物以如上圖. 4－2.

(32) 第四章實驗結果與討論. 所示方式排列，在風攻角零度時，建物北面(迎風面)表面壓力分布情形隨間距比的改變如圖 4-3 所示。由圖 4-3 可知，間距比(心到心)小於 4.0 時，建物北面(迎風面)表面壓力均為負值，但隨間距比的增加，壓力值有逐漸回升的趨勢。在間距比大於 4.0 時，表面壓力均為正值。由此可見本研究所採用的建築配置方式在間距比小於 4.0 時，後側建築物將浸沒於前方建築物的尾流渦漩中。. 圖 4-3. BL1 流場中風攻角零度時，直線排列建築配置目標建物北面表面風壓分布隨間距比之變化，由左而右各圖間距比分別為 1.5，2.0，2.5，3.0，4.0， 5.0。. 圖 4-4. BL1 流場中風攻角 90 度時，直線排列建築配置目標建物北面表面風壓分布隨間. 4－3.

(33) 第四章實驗結果與討論. 距比之變化，由左而右各圖間距比分別為 1.5，2.0，2.5，3.0，4.0，5.0。. 直線排列建築配置如風由側邊吹來，目標建物北面的表面風壓分布情形如圖 4-4 所示，由圖上可見在小間距比時，由於流場中局部加速的現象，有甚低的負壓出現，而在間距比大於 3.0 後，壓力分布情形即類似，不再有明顯變化，表示此時鄰棟建物的影響已屬輕微，相較於圖 4-2 中 Vi 值的變化，亦是類似的情形。比較圖 4-2 中，在風攻角零度、間距比大於 4.0 後，Vi 值有明顯上昇，顯示建築物在脫離上游建物尾流渦漩的作用後，其自然通風潛力可獲大幅改善。圖 4-5 顯示間距比 1.5 時，風攻角零度與九十度對目標建物表面風壓分布有完全不同的作用；風攻角零度時，目標建物表面風壓分布無明顯變化，完全浸沒於前棟建物的尾流區中，迎風面壓力呈現負壓，其餘各面壓力亦無明顯差異性存在，因此可預期其自然通風的可能性將大幅減少；而風攻角九十度時，明顯的目標建物各面風壓分布呈現極大的差異性，正值與負值間落差甚大，表示其自然通風可能性大為提高。但由側面風壓呈現甚低的負值顯示，因過於狹窄的鄰棟間距，產生渠道效應，恐將衍生風環境方面的問題；因此，在考慮自然通風時亦應兼顧風環境的影響。. 圖 4-5. BL1 流場中風攻角對於直線排列建築配置目標建物表面風壓分布之影響。. 4－4.

(34) 第四章實驗結果與討論. 2. 都會區流場直線排列建築配置在代表都會區流場中，目標建物的 Vi 值隨風攻角變化的實驗結果如圖 4-6 所示，在間距比小於 2.5 時與 BL1 類似，但間距比大於 2.5 之後，Vi 值變化不似 BL1 之隨風攻角有較大的起伏變化，因在 BL2 流場中紊流強度較大，增進建築物側面分離剪力流再接觸現象的發生，因此週邊風壓變化較趨緩。 BL2流場. 建築配置A. 1.6 1.4. 通風潛力指標 Vi. 1.2 1 間距比=1.5. 0.8. 間距比=2.0 間距比=2.5. 0.6 0.4 0.2 0 0. 22.5. 45. 67.5. 90. 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 360 風攻角 (度). BL2流場. 建築配置A. 1.6 1.4. 通風潛力指標 Vi. 1.2 1 間距比=3.0. 0.8. 間距比=4.0 間距比=5.0. 0.6 0.4 0.2 0 0. 22.5. 45. 67.5. 90. 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 360 風攻角 (度). 圖 4-6. BL2 流場中，直線排列建築配置目標建物 Vi 值隨間距比與風攻角之變化. 直線排列建築配置在本流場中，風攻角零度時目標建物北面的表面風壓值隨間距比變化的實驗結果如圖 4-7 所示，由於 BL2 流場的紊流強度大，目標建物北面表面壓力分布在間距比大於 2.0 後，即由負值轉變為正值。且在間距比大於 4.0 後，表面壓力分布均為甚大的正值，顯示上游建物的影響在此時已甚為輕微。相較於圖 4-5 所示，風攻角零度、間距比大於 4.0 時 Vi 值大幅上昇，兩者間有十分密切. 4－5.

(35) 第四章實驗結果與討論. 的關聯性。. 圖 4-7. BL2 流場中風攻角 0 度時，直線排列建築配置目標建物北面表面風壓分布隨間距比之變化，由左而右各圖間距比分別為 1.5，2.0，2.5，3.0，4.0， 5.0。. 圖 4-8. BL2 流場中風攻角 90 度時，直線排列建築配置目標建物北面表面風壓分布隨間距比之變化，由左而右各圖間距比分別為 1.5，2.0，2.5，3.0，4.0， 5.0。. 至於側風的作用情形如圖 4-8 所示，在間距比大於 3.0 後，左右. 4－6.

(36) 第四章實驗結果與討論. 兩側相鄰建物對目標建物側邊壓力分布的影響即不明顯。. 4-2 星狀排列建築群星狀配置考慮的是三併式建築群配置，今設定三棟之幾何外型皆相同，取其中一棟為目標建築物，探討其自然通風潛力。. 圖 4-9. 星狀排列建築群氣動力實驗模型配置狀況. 實驗結果如圖 4-10 所示，顯示不論是代表平坦開闊地區的 BL1 流場或是代表都會區的 BL2 流場，實驗結果皆有類似的趨勢。僅在風攻角小於 45 度時，BL1 流場中具有較高的 Vi 值，是因在小攻角時，柱體於 BL1 流場中其側面分離剪力流結構較完整，相鄰建物交角達 120 度，對側面分離剪力流影響性較低；同樣情形在 BL2 流場中，因流場紊流強度大，促進側邊剪力流捲增作用(roll-up)[17]，較易發生再接觸現象，風壓係數下降，因此 Vi 值略低。而隨風攻角的增加，將使側面分離剪力流的再接觸現象穩定發生；同時風攻角大於 120 度. 4－7.

(37) 第四章實驗結果與討論. 後，鄰棟建築進入上游區域，受其尾流干擾，目標建築物週邊環流之渦漩結構更形雜亂，因此表面風壓分布一致性下降，進而影響其 Vi 值。由圖上可見，不論 BL1 或 BL2 流場，在風攻角大於 45 度後即開始下降，而在風攻角大於 120 度之後，更是大幅下降。圖 4-11 即顯示了上游建物對目標建物表面風壓的影響。攻角 180 度至 360 度間 Vi 值的變化趨勢，與前述表現呈反對稱演變。 BL1 & 2流場建築配置B. 風攻角. 1.6 1.4. wind 通風潛力指標 Vi. X. 1.2 1 平坦地形BL1. 0.8. 都會區BL2. 0.6 0.4 0.2 0 0. 22.5. 45. 67.5. 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 360 風攻角 (度). 圖 4-10.星狀排列建築配置目標建物 Vi 值隨風攻角之變化. 圖 4-11. BL1 流場中，星狀排列建築配置目標建物在不同風攻角下表面風壓分布變化。. 4－8.

(38) 第四章實驗結果與討論. 4-3 十字型排列建築群十字型配置屬四併式建築群配置，今設定四棟之幾何外型皆相同，四棟以十字型緊密連結，鄰棟間並無縫隙，而十字型之中心為透空的中庭，取其中一棟為目標建築物，探討其自然通風潛力。. 圖 4-12. 十字型排列建築群氣動力實驗模型配置狀況. 實驗結果如圖 4-13 所示，顯示不論是代表平坦開闊地區的 BL1 流場或是代表都會區的 BL2 流場，實驗結果皆有類似的趨勢，僅在風攻角小於 45 度時，BL2 流場中具有較高的 Vi 值。風攻角大於 90 度之後，目標建物幾乎完全進入位處上游區的鄰棟建築尾流區域，Vi 值明顯下降；當風攻角介於 120 度至 240 度之間，由於目標建物完全浸沒於位處上游區的鄰棟建築尾流區域中，自然通風行為趨緩，Vi 值下降。. 4－9.

(39) 第四章實驗結果與討論. BL1 & 2流場. 風攻角. 建築配置C. 1.6. wind. 1.4. X. 通風潛力指標 Vi. 1.2 1 平坦地形BL1. 0.8. 都會區BL2. 0.6 0.4 0.2 0 0. 22.5. 45. 67.5. 90. 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 360 風攻角 (度). 圖 4-13. 十字型排列建築配置目標建物 Vi 值隨風攻角之變化. 4-4 工字型排列建築群 1.平坦開闊地區流場本組配置方式考慮工字型建築群配置，鄰棟建物不相連，目標建物為中間棟建物，兩側建物座向與之成直角相交，本組實驗同時考慮連棟間距及風攻角兩項影響因子。鄰棟間距比是取中間建物與側邊建物兩者形心點在 X 軸上投影位置之距離與風攻角零度時目標建物迎風面寬度(B)之比值，以本組實驗所採用之間距比 1.0~4.0 變化範圍，以及深寬比 0.6 之建物模型，表示實驗中最小鄰棟縫隙間距為 0.2B ( 1.0 B − 0.5B − 0.6 B / 2 = 0.2 B )。. 4－10.

(40) 第四章實驗結果與討論. 圖 4-14. 工字型排列建築群氣動力實驗配置狀況. 實驗結果如圖 4-15 所示，顯示代表平坦開闊地區的 BL1 流場中，目標建物不論其間距比為何，Vi 值在風攻角大於 45 度後，即明顯下降；當風攻角達到 90 度時，Vi 值為最小。因為風攻角大於 45 度後，目標建物即開始進入側邊鄰棟建物之尾流區中，而在風攻角達到 90 度時，完全被當時位處上游區域的側邊鄰棟建物尾流所包圍，因此 Vi 值最低，亦即代表此時是自然通風利用潛力最低的狀況。至於間距比的影響，在本組實驗中最小間距比 1.0 時，有最高的 Vi 值，原因是鄰棟間距較狹窄，形成氣流高速通過的渠道，因此相鄰建物在此面向上有甚低的負壓，對於利用壓力差驅動的自然通風形成有利條件，而隨風攻角的增加，上游區建物遮蔽的效應逐漸形成，此現象即漸形消失。隨間距比的增加，對 Vi 值變化的影響力漸漸減退，風攻角的影響成為主要因素。比較風攻角 0 度時各間距比的 Vi 值，可見除間距比 1.0 的 Vi 值較高之外，其餘之 Vi 值均互相接近，小間距比的配置，得力於氣流在狹窄甬道間高速通過的局部加速現象，雖有較高的 Vi 值，但此種配置方式易對週邊風環境產生危害，以此觀之，仍以調整風攻角方式尋求較佳的通風利用潛力較理想。. 4－11.

(41) 第四章實驗結果與討論. BL1流場. 建築配置D. 1.6. 風攻角. 1.4. wind 通風潛力指標 Vi. 1.2. X. 1 間距比=1.0. 0.8. 間距比=1.5 間距比=2.0. 0.6 0.4 0.2 0 0. 22.5. 45. 67.5. 90. 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 360 風攻角 (度). BL1流場. 建築配置D. 1.6 1.4. 通風潛力指標 Vi. 1.2 1 間距比=2.5. 0.8. 間距比=3.0 間距比=4.0. 0.6 0.4 0.2 0 0. 22.5. 45. 67.5. 90. 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 360 風攻角 (度). 圖 4-15. BL1 流場中，工字型排列建築配置目標建物 Vi 值隨間距比與風攻角之變化. 圖 4-16. BL1 流場中風攻角 90 度時，工字型排列建築配置目標建物北面表面風壓分布隨間距比之變化，由左而右各圖間距比分別為 1.5，2.0，2.5，3.0， 4.0。. 4－12.

(42) 第四章實驗結果與討論. BL1 流場中風攻角 90 度時，工字型排列建築配置目標建物北面表面風壓分布隨間距比之變化如圖 4-16 所示，當目標建物以較窄的邊面對上游建物尾流時，其間距比與壓力分布的關係仍與圖 4-3 相似。 2. 都會區流場實驗結果如圖 4-17 所示，顯示代表都會區的 BL2 流場中，工字型建築群配置仍以最小間距比 1.0 之情形有最高的 Vi 值，隨間距比的增加，Vi 值漸次下降，代表局部氣流加速的現象逐漸消退，而在間距比大於 2.5 後，此一下降的趨勢即趨緩，顯示氣流局部加速的現象應不存在，建物 Vi 值受鄰棟的影響亦小。 BL2 流場中風攻角對 Vi 值的影響與 BL1 流場中的表現類似，在風攻角大於 45 度時 Vi 值偏低，風攻角為 90 度時 Vi 值最低。由圖上可見，風攻角介於 45~135 度之間時，受位處上游之鄰棟建物尾流干擾，目標建築物自然通風利用之潛力均偏低。比較 Vi 值在 BL1 與 BL2 兩流場間表現的差異性，顯示在市郊的平坦地區工字型配置的建築群，中間棟建物的自然通風利用潛力大多較在都會區流場的表現為佳，不利於自然通風利用之風攻角範圍亦較小。在市郊的平坦地區工字型配置的建築群，中間棟建物的 Vi 值除特別狹窄的鄰棟間距，因有局部氣流加速的現象使 Vi 值提高外（但此現象不利於建築物周邊風環境），間距比達 1.5 以上時，即可營造穩定的自然通風環境；而在都會區流場中，實驗結果顯示，間距比須達 2.5 以上時，方可營造較佳的自然通風環境。因此，在高紊流強度的都會區流場中，由於氣流的一致性較低，須拉大鄰棟間距才可提昇自然通風利用的潛力。. 4－13.

(43) 第四章實驗結果與討論. BL2流場. 建築配置D. 1.6 1.4. 通風潛力指標 Vi. 1.2 1 間距比=1.0. 0.8. 間距比=1.5 間距比=2.0. 0.6 0.4 0.2 0 0. 22.5. 45. 67.5. 90. 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 360 風攻角 (度). BL2流場. 建築配置D. 1.6 1.4. 通風潛力指標 Vi. 1.2 1 間距比=2.5. 0.8. 間距比=3.0 間距比=4.0. 0.6 0.4 0.2 0 0. 22.5. 45. 67.5. 90. 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 360 風攻角 (度). 圖 4-17. BL2 流場中，工字型排列建築配置目標建物 Vi 值隨間距比與風攻角之變化. 3.平坦開闊地區流場中工字型配置之側邊建物為檢驗建築群側邊建物的自然通風利用潛力，本計畫亦對 BL1 流場中工字型配置建築群側邊建物進行量測。實驗結果如圖 4-19 所示，由於建物位處建築群的外圍，在風攻角介於 0~90 度時，有甚高的 Vi 值，且郁間距比的變化關西並不密切。當風攻角介於 90~180 度時，由於隨風攻角的增加，逐漸出現上游建物的影響，因此 Vi 值逐漸下降。風攻角 180 度時，目標建物將完全浸沒於上游建物之尾流區中， Vi 值為最低。但隨間距比的增加，Vi 值有回升的趨勢。整體趨勢的變化，均顯示側邊建物因可獲得較多外界氣流作用，其自然通風利用潛力較中間建物為佳，本計畫將實驗重點放在對中間建物的探討。. 4－14.

(44) 第四章實驗結果與討論. 圖 4-18. 工字型排列建築群側邊建物氣動力實驗配置狀況. 風攻角. wind. BL1流場. 建築配置F. 1.6 1.4. X. 通風潛力指標 Vi. 1.2 1 間距比=1.0 間距比=1.5. 0.8. 間距比=2.0 間距比=2.5. 0.6 0.4 0.2 0 0. 22.5. 45. 67.5. 90. 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 360 風攻角 (度). 圖 4-19. BL1 流場中，工字型排列建築配置側邊建物 Vi 值隨間距比與風攻角之變化. 4－15.

(45) 第四章實驗結果與討論. 4-5 ㄇ字型排列建築群 1.平坦開闊地區流場本組配置考慮ㄇ字型配置，鄰棟建物不相連，目標建物為中間棟建物，兩側建物座向與之成直角相交，本組實驗同時考慮連棟間距及風攻角兩項影響因子。鄰棟間距比是取中間建物與側邊建物兩者形心點在 X 軸上投影位置之距離與風攻角零度時目標建物迎風面寬度(B) 之比值，本組實驗所採用之間距比 0.0~4.0 變化範圍。. 圖 4-20. ㄇ字型排列建築群氣動力實驗配置狀況. 實驗結果如圖 4-21 所示，在風攻角的影響方面，代表平坦開闊地區的 BL1 流場中，目標建物不論其間距比為何，Vi 值在風攻角大於 70 度後明顯下降，顯示此時目標建物逐漸浸沒於上游建物的尾流區域，自然通風潛力變差。而在風攻角大於 135 度後大幅提昇，因此時ㄇ字型配置建築群的開口逐漸朝向逼近流的方向，自然通風潛力提昇。風攻角 180 度至 360 度間 Vi 值的變化趨勢，與前述表現呈反對稱。至於間距比的變化方面，由圖中可見，在間距比大於 2.0 之後，. 4－16.

(46) 第四章實驗結果與討論. Vi 值隨間距比變化的情形即不明顯；比較供字型建築群配置實驗結果，發現在間距比大於 3.0 之後，兩種配置方式其 Vi 值的變化趨勢十分類似，表示在如此大間距比情形下，由於鄰棟建物尾流干擾較小，配置方式的影響亦減小。 BL1流場. 風攻角. 建築配置E. 1.6 1.4. wind 通風潛力指標 Vi. 1.2. X. 1 間距比=0 間距比=1.0. 0.8. 間距比=1.5 間距比=2.0. 0.6 0.4 0.2 0 0. 22.5. 45. 67.5. 90. 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 360 風攻角 (度). BL1流場. 建築配置E. 1.6 1.4. 通風潛力指標 Vi. 1.2 1 間距比=2.5. 0.8. 間距比=3.0 間距比=4.0. 0.6 0.4 0.2 0 0. 22.5. 45. 67.5. 90. 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 360 風攻角 (度). 圖 4-21. BL1 流場中，ㄇ字型排列建築配置目標建物 Vi 值隨間距比與風攻角之變化. 風攻角零度時目標建物南面(背風面)表面風壓分布隨間距比變化情形如圖 4-22 所示，由圖可知，在目標建物與鄰棟建物間無間隙的情況下，目標建物南面完全處於被遮蔽的狀況，如圖上所示其表面風壓分布甚為均勻，且其負值亦不若其他具有間隙者低，顯然此面易形成通風上的死角。而隨鄰棟間距的拉開後，即有較低的負壓出現；在間距比大於 1.5 之後，背風面負壓分布情形則無明顯不同，顯示該建物尾流已有足夠空間發展，自然通風效應應可穩定形成。. 4－17.

(47) 第四章實驗結果與討論. 風攻角 180 度時，目標建物南面將成為迎風面，其表面風壓分布隨間距比的改變如圖 4-23 所示，如圖所示，表面風壓分布狀況均類似，但無間隙情況時表面風壓略低於其他有間隙者，顯示無間隙配置即使是正向直吹而來的風，其通風效應仍稍差。至於間距比大於 1.5 之後，表面風壓分布情形則無明顯不同。. 圖 4-22. BL1 流場中，風攻角 0 度時，ㄇ字型排列建築配置目標建物南面(背風面) 表面風壓分布隨間距比之變化，由左而右各圖間距比分別為 1.5，2.0，2.5， 3.0，4.0。. 圖 4-23. BL1 流場中，風攻角 180 度時，ㄇ字型排列建築配置目標建物南面表面風壓分布隨間距比之變化，由左而右各圖間距比分別為 1.5，2.0，2.5，3.0，. 4－18.

(48) 第四章實驗結果與討論. 4.0。. 圖 4-24 顯示在ㄇ字型排列無間隙建築配置目標建物南面表面風壓隨風攻角由零度變化至 180 度的變化，風攻角 0~45 度時目標建物南面受側邊鄰棟建物的遮蔽，表面風壓變化較少。風攻角大於 90 度後，外界自由流較有機會直接吹入ㄇ字型建築群的中庭，因此原先的接近背風面負壓分布狀況隨風攻角的增加，逐漸轉成類似迎風面的正壓分布情形，圖 4-24 顯示其壓力變化的過程。. 圖 4-24. BL1 流場中，風攻角 0~180 度間，ㄇ字型無間隙排列建築配置目標建物. 4－19.

(49) 第四章實驗結果與討論. 南面表面風壓分布隨風攻角之變化，由(a)至(i)各圖風攻角由零開始，每次增加 22.5 度。. 2. 都會區流場在代表都會區的 BL2 流場中，實驗結果如圖 4-24 所示，間距比 0.0 時 Vi 值隨風攻角變化的趨勢與 BL1 流場中實驗的結果相當類似，隨間距比的增加 Vi 值呈現逐漸下降的變化；在間距比大於 2.0 以上時，則有明顯回升的現象。顯示在小間距比值時，目標建物周邊氣流受鄰棟建物尾流影響甚大，隨間距比的增加則此互相影響情形逐漸減退。當間距比達 4.0 時，Vi 值變化的情形與工字型建築群配置有著相當程度的相似性。 BL2流場. 建築配置E. 1.6 1.4. 通風潛力指標 Vi. 1.2 1 間距比=0 間距比=1.0. 0.8. 間距比=1.5 間距比=2.0. 0.6 0.4 0.2 0 0. 22.5. 45. 67.5. 90. 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 360 風攻角 (度). BL2流場. 建築配置E. 1.6 1.4. 通風潛力指標 Vi. 1.2 1 間距比=2.5. 0.8. 間距比=3.0 間距比=4.0. 0.6 0.4 0.2 0 0. 22.5. 45. 67.5. 90. 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 360 風攻角 (度). 圖 4-25. BL2 流場中，ㄇ字型排列建築配置目標建物 Vi 值隨間距比與風攻角之變化. 4－20.

(50) 第四章實驗結果與討論. 圖 4-26. BL2 流場中，風攻角 0 度時，ㄇ字型排列建築配置目標建物南面表面風壓分布隨間距比之變化，由左而右各圖間距比分別為 1.5，2.0，2.5，3.0， 4.0。. BL2 流場中，風攻角零度時目標建物南面(背風面)表面風壓分布隨間距比變化情形如圖 4-26 所示，與圖 4-23 中的情形類似，在目標建物與鄰棟建物間無間隙的情況下，目標建物南面完全處於被遮蔽的狀況，表面風壓分布甚為均勻，且其負值亦不若其他具有間隙者低，顯然此面易形成通風上的死角。而隨鄰棟間距的拉開後，即有較低的負壓出現；在間距比大於 1.5 之後，背風面負壓分布情形則無明顯不同，顯示該建物尾流已有足夠空間發展，自然通風效應應可穩定形成。BL2 流場的紊流強度較高，建物尾流渦漩結構較 BL1 流場中者一致性略差，因此背風面負壓值以 BL1 流場中較低。圖 4-26 顯示在ㄇ字型排列無間隙建築配置目標建物南面表面風壓隨風攻角由零度變化至 180 度的變化，風攻角 0~90 度時目標建物南面表面風壓隨風攻角的增加而越低。風攻角大於 90 度後，外界自由流較有機會直接吹入ㄇ字型建築群的中庭，因此原先的接近背風面負壓分布狀況隨風攻角的增加，逐漸轉成類似迎風面的正壓分布情形，圖 4-27 顯示了其壓力變化的過程。. 4－21.

(51) 第四章實驗結果與討論. 圖 4-27. BL2 流場中，風攻角 0~180 度間，ㄇ字型無間隙排列建築配置目標建物南面表面風壓分布隨風攻角之變化，由(a)至(i)各圖風攻角由零開始，每次增加 22.5 度。. 整體而言，在代表都會區的 BL2 流場中，比較工字型配置建築群與ㄇ字型建築群中間建物的 Vi 值變化趨勢，在小間距比時，ㄇ字型配置建築群利用其空間上的缺口迎納氣流進入中庭，可獲得較工字型建築群略佳的自然通風利用潛力，表示在都會區中此型建築群採ㄇ字型配置自然通風的效果會較佳。. 4－22.

(52) 第四章實驗結果與討論. 圖 4-28 顯示在 BL2 都會區流場中，工字型配置建築群與ㄇ字型建築群配置中目標建物表面風壓的分布狀況，亦證明ㄇ字型配置建築群利用其空間上的缺口迎納氣流進入中庭，有比工字型建築群略佳的自然通風利用機會。. 圖 4-28. BL1 與 BL2 流場中，風攻角 180 度，工字型與ㄇ字型排列建築配置目標建物表面風壓分布。. 圖 4-29 顯示在 BL1 及 BL2 流場中，ㄇ字型建築配置中目標建物表面風壓的分布狀況，由圖顯示，BL2 流場因其尾流結構與 BL1 流場相比，較為「鬆散」，影響範圍亦隨之減小，因此在同樣的間距比情形下，BL2 流場中目標建物表面風壓分布的歧異性較高。. 圖 4-29. BL1 與 BL2 流場中，風攻角 180 度，ㄇ字型排列建築配置目標建物表面風壓分布。. 4－23.

(53) 第五章自然通風利用潛力評估由第四章所述各項建築物氣動力實驗，探討了配置方式、風攻角與建築自然通風利用潛力間的關係，本章將配包含溫度、溼度、風速、風向等建築物外部環境條件之氣象資料，嘗試將各項因素加以結合，對於建築自然通風利用潛力進行量化的評估。. 5-1 建築物外環境條件 1.風速近地表之空域皆屬於大氣邊界層的範圍，其間風速分布隨高度而增加，風速分布與高度間的關係常用指數律(power law)加以描述。考慮建築物通風之外在環境時，須考慮建築物不同高度時風速亦不同，本文實驗直接將建物模型置於風洞之邊界層流場中量取數據，並以建築物頂部高度處風速為參考風速，將各高度層風壓無因次化，並計算 Vi 值；因此相較於實場應用時，亦採建築物頂部高度處風速為準。建築物外部風場經由開口部引導進入室內，室內風速對人體及工作的影響如表 5-1 所示。在 0.3~1.5m/sec 間變化時，多數人感到愉快且不致嚴重妨礙工作[20]。就建築物自然通風利用的眼光而言，室外風速須達到一定的標準始具有風壓通風的效果，同時考慮建築物開口可能有紗窗的設置及開窗方式的佈設，本文取 1.5m/sec 為室外風速下限；另一方面如室外風速過高，經由開口進入室內後，反而影響室內工作與生活品質，本文取 3.5m/sec 為室外風速上限。 2.風向如第四章實驗結果顯示，不同的風攻角對建築群自然通風利用潛力有極大的影響，由氣象資料可獲知逼近流場風向的分布，配合建築. 5－1.

(54) 第五章自然通風利用潛力評估. 群座向方位，即為實驗中所使用的風攻角。由於自然界風速、風向分布瞬息萬變，應逐時檢討其風向相應的風攻角，才能與實驗資料結合。表 5-1 室內風速對人體及工作的影響. 風速 0 ~ 0.25 m/sec. 對人體及工作的影響不易察覺. 0.25 ~ 0.5 m/sec. 愉快，不影響工作. 0.5 ~ 1.0 m/sec. 一般愉快，但薄紙易被吹散. 1.0 ~ 1.5 m/sec. 稍有風擊感，桌面紙張吹散. > 1.5 m/sec. 風擊明顯，工作易受影響. 3.溫度與溼度室內溫度是代表室內熱環境的重要參數，按使用要求對室內溫度有不同程度的要求，一般而言夏季空調室內溫度多控制在 24~28℃之間，冬季則希望室溫維持在 16~22℃之間。空氣溼度直接影響人體的蒸發散熱，在多數情況下，氣溫在 16~25℃時，相對溼度在 30~70% 間變化，對人體的熱感覺影響不大[7]。 Givoni[19]對自然通風之舒適範圍，將溫度與溼度一並考慮，定出適合自然通風利用的戶外溫溼度範圍，如圖 5-1 所示，圖 5-1 中界定出供已開發國家及熱帶開發中國家等不同區域使用的標準。. 5－2.

(55) 第五章自然通風利用潛力評估. 圖 5-1. Givoni[19]建議適合自然通風利用之外氣溫溼度範圍. 5-2 評估模式本計畫嘗試結合上述各項條件建立評估建築群配置對自然通風利用潛力的方法。在建築物外部環境條件方面，評估模式設定外部風速在 1.5~3.5m/sec、溫度與溼度則參考 Givoni[19]之適合自然通風利用標準，作為值得誘導利用之自然風。如氣溫在 16℃以下、風速在 1.5m/sec 以上時，屬寒冷不舒適的自然風，應設法利用配置的方式加以迴避。因此，利用第四章中多種不同建築群配置方式氣動力實驗所得之 Vi 值，代表在各種建築群配置與風攻角作用下，目標建築物以壓力通風方式所可能吸納到的氣流多寡指標，配合全年度逐時氣象資料加以計算，對建築物自然通風利用潛力加以量化評比。在評估的計算中，同時計算可資利用之小時數與平均 Vi 值，稱之為「良好自然通. 5－3.

(56) 第五章自然通風利用潛力評估. 風利用潛力指標」(Via)及考慮不良氣候下，應減少外氣進入之小時數與平均 Vi 值，稱之為「不適用外氣通風利用潛力指標」(Vib)，將兩者相減所得之差值稱之為 Vn 值，用以反映建築物座向選擇的良瓢與否。 Vn 值如為正值且甚大，即表示良好自然通風利用潛力值甚大，而不適用外氣通風利用潛力值甚低，因此該座向可誘導大量適合於自然通風利用之外氣進入目標建物位置，而對於不適通風利用之外氣亦可有相當程度的遮蔽，如此應可望營造一冬暖夏涼的舒適生活環境。 Vn 值如接近零而 Via 及 Vib 兩值均高，表示該配置與座向的組合，在夏季有堪稱涼爽的自然通風環境可言，但冬季亦將飽受寒風之苦，配合使用者人為對開窗時機的控制，仍屬具節約夏季空調能源消耗的設計。 Vn 值如接近零而 Via 及 Vib 兩值均甚低，表示該配置與座向的組合不分季節均無法誘導大量自然風進入目標建物位置，亦即有通風不良之虞。 Vn 值如為甚低的負值，表示該組合方式在需要引入涼爽外氣以通風冷卻建築物時，無法獲得大量有效的自然風以資利用，此時即使門窗大開，其風力通風效果亦屬有限，需借助機械方式進行所需之空調通風；而在氣候寒冷季節，反而有大量氣流直接吹拂至建物，必須僅閉門窗以阻止冷冽的寒風大量進入室內，且容易因門窗縫隙的不夠密實，產生氣流通過的嘯音，影響生活居住品質。因此以自然通風利用指標可反映出建築群配置方式與現地氣候條件結合下，建築物自然通風利用潛力的高低。即使在基地形狀及條件無法改變的限制下，亦可利用評估模式在可能選取的座向範圍內，依量化指標作最佳的選擇。本評估模式計算時，是以建築群可能的全周 16 個方向角，配合逐時之風向角，可得相應的風攻角，如該小時風速、氣溫、溼度等條. 5－4.

(57) 第五章自然通風利用潛力評估. 件合於設定的標準及累計其相應的 Vi 值與小時數，如此全年 8760 小時氣象資料全數檢核計算後，即可得 Via 及. Vib 值，以兩者相減. 代表其自然通風利用潛力。同時，考慮實際生活中建築物使用者的感覺，短暫出現的的舒適或不舒適均不計入。如某時段期間大多均為不適合自然通風利用的情況，在其中出現單一小時的氣候條件符合模式所設定的自然通風利用條件，考慮到建築物使用者為此單一小時而大費周章的關閉原先使用中的空調系統，轉而大開門窗引入外氣的機會不大，且空調系統在短時間內的開開關關反而對機械設備有不良影響，且是能源的浪費。同樣的，在一大段氣候條件符合模式所設定的自然通風利用條件時段中，出現單一小時較差的氣候條件，對使用者而言，可利用調整開窗加以因應。因此，模式計算是採連續三小時以上符合的通風條件才加以計入為處理原則。. 5-3 評估模式計算範例現以本計劃所作各種建築群配置在 BL1 流場中氣動力實驗的結果，配合台北及高雄兩地之氣象資料做一模擬的評估，其中氣象資料是採用由國立成功大學建築研究所林憲德教授所提供之台北及高雄兩地平均氣象年逐時資料。考慮的目標建築物在風洞實驗中模型高度為 32cm 、寬度 8cm、深度 4.8cm，風洞實驗模擬的大氣邊界層厚度 120cm，假設現場邊界層厚度 275m，則建物模型相當於現場高度約 73m、寬度約 18m、深度 11m 的建築，由平均氣象年逐時資料透過指數律計算得目標建築物頂層高度出之風速，以此風速配合風向、溫度、溼度等條件，判斷是否符合自然通風利用標準、或為不適合自然通風利用應加以迴避的狀況。以下分別以位在台北與高雄地區平坦地形直線型排列建築群為例，採用 Givoni 所建議已開發國家(developed countries)自然通風標準時，間距比 1.5 各方位角計算所得之結果分別如表 5-2 及表 5-3 所示：. 5－5.

(58) 第五章自然通風利用潛力評估. 表 5-2. 間距比 1.5，直線型排列建築群中間棟建物自然通風利用潛力 (台北). 適合自然通風利不適自然通風利自然通風建築群配置方式. 間距比. 用. 建物座向. 用. 潛力指標. 時數. Vi_a. 時數. Vi_b. Vn. 直線型. 1.5. N. 270. 0.738. 1363. 1.171. -0.434. 直線型. 1.5. NNE. 270. 0.833. 1363. 1.081. -0.247. 直線型. 1.5. NE. 270. 0.906. 1363. 0.821. 0.085. 直線型. 1.5. NEE. 270. 0.894. 1363. 0.527. 0.367. 直線型. 1.5. E. 270. 0.836. 1363. 0.388. 0.448. 直線型. 1.5. EES. 270. 0.744. 1363. 0.489. 0.255. 直線型. 1.5. ES. 270. 0.676. 1363. 0.767. -0.091. 直線型. 1.5. ESS. 270. 0.666. 1363. 1.049. -0.383. 直線型. 1.5. S. 270. 0.738. 1363. 1.171. -0.434. 直線型. 1.5. SSW. 270. 0.833. 1363. 1.081. -0.247. 直線型. 1.5. SW. 270. 0.906. 1363. 0.821. 0.085. 直線型. 1.5. SWW. 270. 0.894. 1363. 0.527. 0.367. 直線型. 1.5. W. 270. 0.836. 1363. 0.388. 0.448. 直線型. 1.5. WWN. 270. 0.744. 1363. 0.489. 0.255. 直線型. 1.5. WN. 270. 0.676. 1363. 0.767. -0.091. 直線型. 1.5. WNN. 270. 0.666. 1363. 1.049. -0.383. 表 5-3. 間距比 1.5，直線型排列建築群中間棟建物自然通風利用潛力 (高雄). 5－6.

(59) 第五章自然通風利用潛力評估. 建築群配置方式. 間距比. 建物座向. 適合自然通風利不適自然通風利自然通風用用潛力指標時數. Vi_a. 時數. Vi_b. Vn. 直線型. 1.5. N. 440. 0.7. 465. 0.329. 0.371. 直線型. 1.5. NNE. 440. 0.598. 465. 0.527. 0.071. 直線型. 1.5. NE. 440. 0.605. 465. 0.874. -0.27. 直線型. 1.5. NEE. 440. 0.72. 465. 1.155. -0.435. 直線型. 1.5. E. 440. 0.87. 465. 1.223. -0.353. 直線型. 1.5. EES. 440. 0.978. 465. 1.057. -0.079. 直線型. 1.5. ES. 440. 0.969. 465. 0.716. 0.253. 直線型. 1.5. ESS. 440. 0.853. 465. 0.41. 0.443. 直線型. 1.5. S. 440. 0.7. 465. 0.329. 0.371. 直線型. 1.5. SSW. 440. 0.598. 465. 0.527. 0.071. 直線型. 1.5. SW. 440. 0.605. 465. 0.874. -0.27. 直線型. 1.5. SWW. 440. 0.72. 465. 1.155. -0.435. 直線型. 1.5. W. 440. 0.87. 465. 1.223. -0.353. 直線型. 1.5. WWN. 440. 0.978. 465. 1.057. -0.079. 直線型. 1.5. WN. 440. 0.969. 465. 0.716. 0.253. 直線型. 1.5. WNN. 440. 0.853. 465. 0.41. 0.443. 由以上計算結果可見，由自然通風利用潛力指標 Vn 值的變化，可供挑選最適合自然通風利用的建築物座向，而各不同座向對自然通風利用的影響性可藉由指標值變化建立量化的評估。以台北地區為. 5－7.

(60) 第五章自然通風利用潛力評估. 例，在本組計算所得結果明顯是採東－西軸向直線排列的建築群最為有利，夏季時可有最大的自然通風利用率，而冬季防風效果亦佳。而高雄地區的計算例，則是建議以南南東－北北西軸向直線排列的建築群最為有利。由上表中可見，要達到最佳之自然通風利用效果除建物外環境的氣候條件外，建築群配置方式對其自然通風利用效果亦有重大影響，如座向選擇不當，自然通風的效果不但大打折扣，甚至可能適得其反。如將適合進行自然通風的標值準改採 Givoni[19]所建議熱帶開發中國家(hot-developing countries)使用的標準，以高雄地區平坦地形直線型排列建築群為例，間距比 1.5 各方位角計算所得之結果如表 5-4 所示。計算結果顯示，最有利於自然通風利用的建築群軸向並未改變，但一年中適合自然通風的總時數大幅增加，顯示此一標準較為寬鬆。就生活習性而言，低緯度地區由於氣候較溼熱，自然對於體感舒適的要求不若中高緯度地區人們的嚴格。表 5-4. 間距比 1.5，直線型排列建築群中間棟建物自然通風利用潛力(以熱帶開發中國家的標準) (高雄). 建築群配置方式. 間距比. 建物座向. 適合自然通風利不適自然通風利自然通風用用潛力指標時數. Vi_a. 時數. Vi_b. Vn. 直線型. 1.5. N. 1142. 0.761. 465. 0.329. 0.432. 直線型. 1.5. NNE. 1142. 0.623. 465. 0.527. 0.096. 直線型. 1.5. NE. 1142. 0.58. 465. 0.874. -0.294. 直線型. 1.5. NEE. 1142. 0.66. 465. 1.155. -0.496. 5－8.

(61) 第五章自然通風利用潛力評估. 建築群配置方式. 間距比. 建物座向. 適合自然通風利不適自然通風利自然通風用用潛力指標時數. Vi_a. 時數. Vi_b. Vn. 直線型. 1.5. E. 1142. 0.812. 465. 1.223. -0.411. 直線型. 1.5. EES. 1142. 0.954. 465. 1.057. -0.103. 直線型. 1.5. ES. 1142. 0.992. 465. 0.716. 0.276. 直線型. 1.5. ESS. 1142. 0.911. 465. 0.41. 0.501. 直線型. 1.5. S. 1142. 0.761. 465. 0.329. 0.432. 直線型. 1.5. SSW. 1142. 0.623. 465. 0.527. 0.096. 直線型. 1.5. SW. 1142. 0.58. 465. 0.874. -0.294. 直線型. 1.5. SWW. 1142. 0.66. 465. 1.155. -0.496. 直線型. 1.5. W. 1142. 0.812. 465. 1.223. -0.411. 直線型. 1.5. WWN. 1142. 0.954. 465. 1.057. -0.103. 直線型. 1.5. WN. 1142. 0.992. 465. 0.716. 0.276. 直線型. 1.5. WNN. 1142. 0.911. 465. 0.41. 0.501. 以下將就台北及高雄之平均氣象年資料與各建築群配置方式實驗所得結果，並採 Givoni[19]建議已開發國家使用的自然通風利用標準，計算其最佳自然通風利用之建築座向列表如表 5-5 所示。. 5－9.

(62) 第五章自然通風利用潛力評估. 表 5-5. 最佳自然通風利用之各建築群配置方式. 適合自然通風利不適自然通風利配置間距方式. 比. 用. 建物座向. 自然通風潛. 用. 力指標. 時數. Vi_a. 時數. Vi_b. Vn. 地區. 直線. 1.5. E. 270. 0.836. 1363. 0.388. 0.448. 台北. 直線. 2. E. 270. 0.826. 1363. 0.458. 0.368. 台北. 直線. 2.5. E. 270. 0.835. 1363. 0.47. 0.365. 台北. 直線. 3. E. 270. 0.822. 1363. 0.445. 0.377. 台北. 直線. 4. E. 270. 0.859. 1363. 0.553. 0.306. 台北. 直線. 5. E. 270. 0.888. 1363. 0.652. 0.236. 台北. 星狀. 0. SWW. 270. 0.814. 1363. 0.277. 0.537. 台北. 十字. 0. SWW. 270. 0.72. 1363. 0.301. 0.419. 台北. 十字. 0. W. 270. 0.665. 1363. 0.246. 0.419. 台北. 工字. 1. N. 270. 1.11. 1363. 0.683. 0.426. 台北. 工字. 1.5. N. 270. 0.936. 1363. 0.538. 0.399. 台北. 工字. 2. N. 270. 0.897. 1363. 0.494. 0.403. 台北. 工字. 2.5. N. 270. 0.849. 1363. 0.514. 0.335. 台北. 工字. 3. N. 270. 0.852. 1363. 0.503. 0.349. 台北. 工字. 4. N. 270. 0.866. 1363. 0.557. 0.309. 台北. ㄇ字. 0. SSW. 270. 0.915. 1363. 0.68. 0.235. 台北. ㄇ字. 1. WNN. 270. 0.877. 1363. 0.629. 0.248. 台北. 5－10.

(63) 第五章自然通風利用潛力評估. 適合自然通風利不適自然通風利配置間距方式. 比. 用. 建物座向. 自然通風潛. 用. 力指標. 時數. Vi_a. 時數. Vi_b. Vn. 地區. ㄇ字. 1.5. WNN. 270. 0.892. 1363. 0.561. 0.331. 台北. ㄇ字. 2. N. 270. 0.893. 1363. 0.46. 0.432. 台北. ㄇ字. 2.5. N. 270. 0.931. 1363. 0.49. 0.442. 台北. ㄇ字. 3. N. 270. 0.856. 1363. 0.468. 0.388. 台北. ㄇ字. 4. N. 270. 0.856. 1363. 0.542. 0.314. 台北. 直線. 1.5. ESS. 440. 0.853. 465. 0.41. 0.443. 高雄. 直線. 2. ESS. 440. 0.842. 465. 0.478. 0.364. 高雄. 直線. 2.5. ESS. 440. 0.852. 465. 0.506. 0.347. 高雄. 直線. 3. ESS. 440. 0.841. 465. 0.486. 0.354. 高雄. 直線. 4. ESS. 440. 0.871. 465. 0.591. 0.28. 高雄. 直線. 5. ESS. 440. 0.895. 465. 0.678. 0.217. 高雄. 星狀. 0. ES. 440. 0.749. 465. 0.319. 0.43. 高雄. 十字. 0. EES. 440. 0.808. 465. 0.44. 0.368. 高雄. 工字. 1. NEE. 440. 1.138. 465. 0.735. 0.403. 高雄. 工字. 1.5. NEE. 440. 0.93. 465. 0.547. 0.383. 高雄. 工字. 2. NEE. 440. 0.908. 465. 0.514. 0.394. 高雄. 工字. 2.5. NEE. 440. 0.857. 465. 0.544. 0.312. 高雄. 工字. 3. NEE. 440. 0.861. 465. 0.541. 0.319. 高雄. 工字. 4. NEE. 440. 0.869. 465. 0.596. 0.273. 高雄. 5－11.

(64) 第五章自然通風利用潛力評估. 適合自然通風利不適自然通風利配置間距方式. 比. 用. 建物座向. 自然通風潛. 用. 力指標. 時數. Vi_a. 時數. Vi_b. Vn. 地區. ㄇ字. 0. E. 440. 0.939. 465. 0.706. 0.233. 高雄. ㄇ字. 1. EES. 440. 0.799. 465. 0.536. 0.263. 高雄. ㄇ字. 1.5. E. 440. 0.815. 465. 0.461. 0.355. 高雄. ㄇ字. 2. E. 440. 0.778. 465. 0.363. 0.415. 高雄. ㄇ字. 2.5. SWW. 440. 0.922. 465. 0.494. 0.428. 高雄. ㄇ字. 3. SWW. 440. 0.84. 465. 0.459. 0.381. 高雄. ㄇ字. 4. SWW. 440. 0.837. 465. 0.513. 0.324. 高雄. 由表 5-5 所顯示的結果可知： 1. 就本次計算所得的數據而言，高雄地區每年適合採用自然通風方式的時數略高於台北地區，肇因於氣候條件的不同，依據林憲德教授的台灣地區建築氣候分區[24]，台北屬次熱高濕區，高雄屬高熱次濕區，因此台北地區的氣象資料中高濕度的時數較高，影響適合採用自然通風方式的時數。 2. 本次實驗中，建築群採直線方式排列時， Vn 值計算結果不分台北或高雄地區均隨間距比的增加而有下降的趨勢，比較其適合自然通風利用的指標 Via 值並未隨間距比增加而有明顯變化，但不適合自然通風利用的指標 Vib 值則隨間距比的增加有逐漸上升的情形，顯示就防止冬季寒風的角度而言，隨間距比的增加，自然造成中間目標建物受鄰棟建物遮蔽的效果減少，而使 Vib 值逐漸上升，因此 Vn 值有下降的趨勢。 3. 建築群採工字型排列時，中間建物 Vn 值計算結果不分台北或高. 5－12.