中華民國內政部建築研究所中華民國內政部建築研究所

一、研究緣起
國內新建案或都更案在特定高度與容積以上須進行環境風場風洞試驗，目前該類試驗時係應用Irwin於1981年所發展出來的無方向性探針，來量測行人高度上之水平方向風速，惟該探針無法判別風場流向，導致於建築結構設計階段無法確切針對常態擾人風場予以阻隔或弱化。本案擬進行改良式具方向性判定之歐文探針研究，希望研發出同時可測得定量(風速)與定向(風向)之定向式歐文探針( Directional Irwin Probe, DIRP)，導入行人風場風洞試驗，以更能了解區域風場特性，有助於建築物設計(座向、出入口)或防風結構設施的配置等。前期研究(106年)經一系列不同風速及低紊流實驗下發現，所開發之定向式歐文探針(DIRP)除能具備一般歐文探針可量測地表風速之性能外，本案新增之4個表面管可同時量測靜風壓係數，並作為主要來流風向的判定依據。以4孔DIRP量測與分析率定結果顯示，當實驗風速5m/s低紊流強度下，實驗來流風向與本文所提風向量測率定結果間之最大誤差為150，隨風速加快至7m/s時，其最大誤差降低至70，顯示實驗風速越高，風向量測誤差越小，所提風向量測與率定技術可作為主要來流風向的判定方法。
二、研究方法及過程
行人風場是由許多不同因素交互影響而成的複雜流體運動，影響參數包括風速、風向、建築物外觀與周遭建物等，由於風場特性種類繁多包含迎風面渦旋、建物尾流、穿堂風、角隅強風、遮蔽效應、金字塔效應、縮流效應及渠化效應等。本研究中共先行規劃3種不同之建築物周邊氣流特性來進行風向實驗，並分別以4孔DIRP進行風向率定及紅外線熱顯像拍攝煙流體運行軌跡加以進行初步比對。由於DIRP研究尚處於開發測試階段，為能先準確掌握其風速量測與風向率定等之精確度，採用均勻流方式進行。
(1)角隅強風
當氣流由建築物的兩旁經過時，氣流會有加速的現象，並在角隅產生渦流分離，導致建物角隅處有較強風速。
(2)尾流效應
當風遇到建築物時，會在建築物的背風面形成一個紊流尾流負壓區，其特性會受到建物外形、風向及周遭建物影響。
(3)遮蔽效應
近似高度與規模的建築群比鄰而立時，對於迎面而來的氣流會產生遮蔽效應。
三、重要發現
(一)結合低溫煙霧與紅外線熱顯像裝置可將主要來流風向加以可視化，經採用均勻流方式進行3種不同簡易建築配置之煙流可視化與4孔DIRP風向量測比對，所呈現之趨勢相符，可作為風向定性的方法之一。
(二)從目前試驗資料來看，當紊流強度達8.3%以上時，即使DIRP測得之風速低於3 m/s，其率定風向結果與應用Cobra所測得之風向差異仍在±150 ，因此採誤差±150為風向率定可接受範圍。 
(三)4孔DIRP儀器量測與分析率定結果顯示，當測得風速5m/s、低紊流強度下，實驗來流靜風壓係數量測值與目前所提風向分析率定結果間之最大誤差為150，隨風速加快至7m/s時，其最大誤差降低至70。亦即風速越快，對DIRP風向率定更有利。
(四)經以Irwin於1981年研發歐文探針時，進行均勻流下考慮尾流效應的影響之試驗配置為驗證對象，3種不同簡易建築配置下之風向定量預測結果，Cobra與DIRP之定向結果均在誤差±150範圍內，顯示DIRP可符合原預期定風向功能。
(五)當DIRP所在位置之紊流強度在8%以上且風速為3m/s以上時，其風向率定結果，可符合誤差±150之要求。
四、主要建議事項
建議一
定向地表風速計(DIRP)於環境行人風場風向測定應用:立即可行建議
主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：無
行人風場定向地表風速計(DIRP)改良，經本研究執行成果，已可兼具定向與定速功能，在實驗室執行環境行人風場委託檢測上將據有獨占技術的優勢。
建議二
精進DIRP風向率定方法:中長期建議 
主辦機關：政部建築研究所
協辦機關：無
目前DIRP所使用之風向率定方法，係由研究中實驗結果觀察而得，藉由建立靜風壓係數雷達圖之形心位置，假設其指向原點為方向為來流風向而成；是否能建立一套更具學理與提升預測精度之方法，則更待大量實驗結果來加以研發。