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建築研究簡訊第101期 《業務報導》

集合住宅配置方式對戶外風場與室內通風之影響

       都市區域櫛比鱗次的密集建築量體,對風場行進造成阻礙,降低戶外空氣流通量,進而影響室內自然通風,減少室內通風交換率,並增加冷氣空調的使用,同時排放熱氣至戶外,再增高戶外溫度。如此惡性循環下,使都市增溫形成「熱島效應」,嚴重增加能源的損耗。根據經濟部出版的「集合住宅節能技術手冊」,公寓夏月冷空調的使用佔各類型用電比例41%,在非夏月則降至6%。且已有許多國內外研究顯示,空調和自然通風混合使用,可減少約50%不等的用電量。由此可知,空調佔高耗電量,而自然通風可有效的降低空調的使用。另外,根據香港學者的研究,戶外風速每增加1m/s,將可降低戶外溫度2度,減少5%的能源的使用量。

       由此前述可知,提高戶外風速和維持室內自然通風將可大幅降低能源的使用。戶外風場的流通是室內自然通風的基本要件,兩者息息相關,戶外如長年為低風速之弱風特性,室內想達到良好的通風效果無疑是緣木求魚。另外,建築群的配置方式、建築物本身的座向、開窗尺寸位置,仍至室內隔間方式等均可能影響室內自然通風特性。本研究為了解集合住宅的配置方式對戶外風通流通與室內通風的影響,擬透過風洞試驗分析都市內集合住宅外部環境風場特性,藉以了解建築物配置與風向,對其表面風壓力之影響。再以風壓量測結果配合CFD模擬探討室內通風情形,期能驗證建築物配置方式與戶外風場及室內通風的關係。

       試驗規劃以高雄鳳山重劃地區的集合住宅為研究案例,如圖1所示,該集合住宅為三棟獨立結構體組成,分別為A、B、C三個代號,其中A和B兩棟相連,C棟則是獨立。本研究以A棟為主要研究主體,除了樓梯和電梯間外,每層均於開窗部設壓力管以量測各開口部之風壓值,室內配置一廳四房(含衛浴),並有4個窗戶。試驗以A棟和B棟間距S為主要變數,風洞試驗條件,分別將A和B間距S設定為0,5、10及15m等情況下進行試驗。主建築物縮尺模型比例1:100,置於風洞試驗段轉盤上(如圖2)。與模型等高位置處以熱線式風速計同步量測風速,作為參考風速。實驗以正北風向為0度,每22.5度作ㄧ量測,共計16個風向角。風洞試驗的來流風場採適用於該地區地貌特性之紊流邊界條件,考慮基地所在區域為大都市邊緣之型態,以B地況風速剖面,故其平均風速剖面符合指數律α = 0.25。

       經風洞試驗與CFD模擬結果顯示,研究案例的集合住宅配置方式(S=0m)不利於戶外風場流通與室內自然通風,由圖3所示,當A和B棟間距S=0m時,不論哪個方向的來流角度,戶外流通的風速值均偏低。若將A和B棟間距增加至S=15m時,風速場則明顯增強。另一方面,以自然通風而言,當風向與居室對外開口方向近似平行(135度及180度風向),將提高自然通風風速,且當棟距S=15m時室內自然通風也較兩棟緊臨S=0m的情況來得好,如下圖4所示。綜合前述,本研究案例集合住宅,建築物的配置方式,不利於戶外風場流通和自然通風。若前規劃設計前,具有戶外風場流通概念,適度的拉開建築物棟距,並先了解基地區的盛行風向,居室對外窗戶配合盛行風向,將可有效增進室內外的通風狀況,進而減少能源的使用。

圖1. 集合住宅量體與室內空間配置

圖2. 風洞實驗室內風場模擬與模型建置

圖3. 戶外風場流通風速與流向等值圖

圖4. 室內自然通風速與流向等值圖