參考自「風工程理論與應用 第十八章 環境風場 張正興教授主筆」

前言

環境風場一般是指建築物周遭之行人活動影響(離地面約1.5~2.0公尺),又稱行人風場,屬於微氣候範圍。在歐美國家城市,像是以風勢強勁而聞名的芝加哥就有門窗被吹破、損壞的報導。在1972年甚至有兩位老婦人在高樓附近被大樓風吹倒以致受傷致死的案例。位於香港深井青山公路青龍頭後的浪翠園,受到強烈季候風影響,有三人在強風下跌倒受傷。當東北季風盛行時,淡江大學商管大樓附近的走道都會明顯地感覺風速特別的強。當師生撐傘經過此地方時,雨傘都會被強風所破壞。在台北市羅斯福路上的台電大樓周遭亦常有掀裙風的事件發生。

常見的行人風場特性

對於人們所處的環境,氣流的流動明顯受到建築物之影響而有所變化。就一般而言,影響建築物四周氣流的因素包括有逼近流風的特性、風向、風速、建築物本身的大小、幾何外型以及鄰近之建築物等,並造成下洗、縮流、角隅、遮蔽、穿堂風等效應與現象。以下將定性描述受建築物影響之風場特性與種類:

  • (1) 迎風面下洗渦漩(upstream downwash vortex)
  • 高層建築的興建阻擋了高空氣流的流動,促使部分氣流自建築物屋頂及兩側流過,部分氣流轉而向下流向地表附近再從建築物兩側流向背風面。流向地表之氣流會在迎風面之區域形成垂直面上循環流動的渦漩,這股下切流動之氣流一般稱之為掀裙風。

  • (2) 建築物尾流(building wake)
  • 氣流流經建築物時,在迎風面邊緣會發生氣流分離的現象,於側風面及背風面形成負壓區,一般稱之為尾跡區域。尾跡範圍內之渦漩流動型式與建築物幾何外型有關。對於建築物迎風面寬度較寬、高度較矮且較扁平之建築物,兩側分離氣流對尾跡之影響較小,尾跡內之渦漩主要受到翻越屋頂之氣流作用,以垂直向為主要之流動方向;反之,對於外型細高之建築物,兩側分離氣流對尾跡之影響明顯,尾跡內之渦漩以水平向為主要之流動方向。

  • (3) 穿堂風(through flow)
  • 當建築物之迎風面與背風面間有相貫通之通道連接時,由於迎風面之正風壓與背風面之負風壓會形成明顯之壓力差,導致氣流由正風壓處之迎風面快速流往負風壓位置之背風面,在該通道內形成快速流動之氣流,一般稱為穿堂風。

  • (4) 角隅強風(corner flow)
  • 高空氣流受到高層建築的阻擋,部分氣流被迫轉而向下流向地表附近再從建築物兩側流向背風面。該氣流在繞經迎風面角隅兩側時,會因為氣流之分離、加速之現象導致該區域容易出現較大之風速。

  • (5) 遮蔽效應(shelter effect)
  • 高層建築之興建會阻擋並改變氣流之流動方向,因此其下游處之建築物將可因為前方建築物對強風之阻擋,減低迎風面高速氣流之直接衝擊。也由於位在前方建築物紊亂之尾流區域,該位置之風速擾動情形會相對地增加。

  • (6) 縮流效應(Venturi effect)
  • 當氣流流經兩棟建築物之間的狹窄空間時,因為可通過之斷面積減小,導致氣流流速增加,形成高風速之區域。在氣流由一寬廣之區域流向建築密集處的狹窄街道時,也會發生類似之縮流現象。

舒適度評估方法

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」的這一個概念。在任何一個已知的設計情況下,因為風而導致的不等程度的不舒適,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現頻率(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,但是因為發生的機率不大(是不經常發生的機率),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、不能接受。除此之外,該地之設計用途也必須納入考慮。至於發生機率高於何者為太頻繁,機率低於何者可以接受,則因人而異。

英國Penwarden and Wise與加拿大Isyumov and Davenport所提出之容許風速皆為單純考慮平均風速下,分析出的評估標準。而後1975年Lawson and Penwarden、1976年Hunt、Poulton and Mumford與1978年Melbourne的結論裡則是使用有效風速(effective wind velocity)或尖峰風速(peak wind velocity)進行分析。

西安大略大學(University of Western Ontario)的風洞實驗室建議將活動分類為(1)長時間停留;(2)短時間停留;(3)慢步行走(4)快步行走,如表18-1。例如:規劃露天餐廳或是咖啡座時,必須符合較嚴格規定長時間停留的標準,若是公園、開放空間只需要滿足短時間停留的標準即可。

丁育群、朱佳仁建議國內環境風場的標準可依據都市使用分區,例如:住宅區、商業區與工業區。因住宅區為一般民眾居住休息的地方,可容忍強風發生機率較低,對於敏感的區域,例如:學校、公園、公車站、醫院等設施。商業區為上班、購物之處,發生強風的機率則可以稍微放寬。發生強風的機率則可以稍微放寬,詳細資料如下兩表。

表10-1 住宅區的行人風場評估標準

分類 等級 陣風風速極限 等效平均風速 發生機率 機率
1 宜人 > 8 m/sec > 4.5 m/sec < 每月 144 小時 < 20 %
2 擾人 > 11 m/sec > 6.2 m/sec > 每月 36 小時 > 5 %
3 危險 > 25 m/sec > 14.2 m/sec > 每月 3 小時 > 0.03 %

表10-2 商業區及工業區的評估標準

分類 等級 陣風風速極限 等效平均風速 發生機率 機率
1 宜人 > 8 m/sec > 4.5 m/sec < 每月 144 小時 < 25 %
2 擾人 > 11 m/sec > 6.2 m/sec > 每月 36 小時 > 7 %
3 危險 > 25 m/sec > 14.2 m/sec > 每月 3 小時 > 0.03 %

淡江大學風工程研究中心於2004年開始進行行人舒適度問卷調查,期盼能建立一套合於我國國情之舒適度評估準則。調查主要包括:風洞情境模擬以及現地調查,現地調查地點有:淡水漁人碼頭、淡江大學校園、淡水捷運站,台北新光三越站前店、淡水國家新都社區等地。行人舒適度評估之建議值如下表。

表10-3 淡江大學行人舒適度評估準則建議值

分類 等級 陣風風速 (m/sec) 發生機率底限
舒適性 坐定 ≧ 5.0 < 10 %
站立 ≧ 8.0 < 10 %
行走 ≧ 10.4 < 10 %
不舒適 > 10.4 > 10 %
危險 > 14 > 10 %

近幾年來預估大樓週遭風場變化情形的方法,通常可利用數值模擬預測或風洞物理模擬試驗。然而由於一般都市地形、地況較為複雜以及流況之高度三維性,使得數值模擬可以提供建築師初步流場分析。因此以風洞物理模擬實驗,配合實場的氣象資料來做風場舒適性的預估,是目前較為普遍的方法。利用風洞物理縮尺實驗、地況選擇與配合實際氣象資料的分析,對於風場環境舒適性的流程,如下圖所示。

風場環境舒適性評估流程圖

圖10-1 風場環境舒適性評估流程圖