臺灣博碩士論文加值系統

由於台灣地處熱濕氣候環境，自然通風影響被動式建築設計之成效至鉅。然而，都市風場氣流多變且不易掌握，傳統的建築設計方法，又因缺乏適當的自然通風規劃工具，以致錯失於設計初期，結合環境配置及空間計畫獲得最佳通風效能的機會。有鑒於此，本研究擬探討建築初期設計階段，運用彙整所得之通風設計策略以及簡易模擬軟體，進行自然通風設計之規劃流程，並以位於台北市公館地區的台科大設計學院新建案為例，進行操作與驗證。本研究之流程與結果如下：
1. 藉簡易氣候分析軟體，進行地區氣候資料量化分析。以生物氣候圖以及風花圖技術，獲得最佳被動式建築設計策略及主導風向等資訊。
2. 轉化台科大設計學院大樓空間需求為研究客體之邊際條件，以模擬建築設計初期階段操作。
3. 評估都市環境脈絡及自然氣候環境，獲得最佳初期設計方案。
4. 蒐集國內外有關熱濕氣候自然通風研究之文獻，依氣候環境、都市空間、建築空間、建築構造等尺度，彙整總計59項通風設計策略，依此進行初期設計之通風規劃，並結合環境風場及建築設計概念發展設計草案。
5. 利用簡易計算流體力學軟體模擬與評估各替選方案之自然通風效能。生產可視化的模擬分析圖像評估各方案的都市風環境，並計算壓力係數及壓力梯度，量化檢證各方案的通風潛能，以供設計決策之參考。
6. 探討簡易模擬軟體於設計初期之輔助自然通風設計之可能性及侷限性，以延伸建築師之設計掌握範圍。
本研究設計發展之成果顯示:前述之通風設計操作流程、初階簡易模擬軟體之應用以及彙整所得的通風策略，可於建築設計之氣候分析、初步設計評估、設計發展以及模擬檢證等各階段中，提供大量圖像式以及量化的解析，有助於客觀之通風設計決策參考。由此模式所規劃之設計學院大樓方案，具平衡都市風場壓力，減緩都市大樓風效應，明顯改善都市環境風場之特質。除此之外，其流線化量體群組並能增進室內通風潛能。本研究尚成功發展一種利用壓力梯度評估室內空間通風潛力之方法，可輔助簡易計算流體力學軟體之應用，規劃最佳化的建築通風路徑。本研究彙整所得之都市風環境、通風潛能及通風路徑之性能影響因子，足茲提供日後相關設計之評估以及參考依據。

Situated in a humid environment, Taiwan’s passive high-performance architectural design can benefit much from the application of natural ventilation. However, the air current of urban wind field is hard to predict. Conventional architectural design approach does not yet process a capable tool to capture this phenomenon. Thus, the integration of natural ventilation design strategy with conventional building design process remains a difficult task. In view of this, this study seeks to discuss the early stage of architectural design with the ventilation design strategies pooled and simple rudimentary simulation software to carry out planning procedure of natural ventilation design.
The preliminary design of the college of design building new construction project in NTUST (National Taiwan University of Science and Technology) in Taipei Gongguang district is adapted to demonstrate this integrative design procedure. The procedure and results are shown as follows.
1. To carry out quantitative analysis of regional climate data by plain-and-simple climate analysis software. To obtain the best strategies of passive architectural design and prevailing wind direction through psychrometric chart and the techniques of wind rose.
2. To transform the spatial need of the college of design building in NTUST as boundary conditions of studied object to simulate the operation of architectural design at the initial stage.
3. To evaluate urban environmental context and environment of natural climate to gain the best design project of the preliminary design stage.
4. To conduct literature research in natural ventilation in humid climate and summarize the result with 59 natural ventilation strategies according to the scales of climatic environment, urban environment, architectural space, and building construction. The ventilation planning design of the initial stage is accordingly processed and the schematic design is developed integrated with wind field of the environment and design concept.
5. To use rudimentary computational fluid dynamics (CFD) software to simulate and evaluate the natural ventilation effect for each alternatives. To generate visible simulative analysis graphics to evaluate urban windy environment and calculate pressure coefficient and pressure gradient. The ventilation potentials for each alternative are quantitatively investigated for the reference of design decision.
6. To discuss the possibility and confinement of using simple simulation software in auxiliary natural ventilation design at the preliminary stage of design to extend the controllable design scope for architects.
The study results show that: the aforementioned operation procedure of ventilation design, the collected ventilation strategies, and rudimentary simulation software at the preliminary stage is applicable in the climatic analysis of architectural design, evaluation of initial design, design development and simulation investigation. It can provide large amount of graphic and quantitative analysis to assist with objective decision of ventilation design. The building project for preliminary design of college of design building planned by this model can both balance the pressure of urban wind field and alleviated the windy effect to greatly approve the wind field traits of urban environment. Besides, the streamline mass groups can also improve potential for interior ventilation. This study has successfully developed an interior ventilation evaluation method by pressure gradient. This method can assist with the application of rudimentary CFD simulation to identify the best ventilation route for buildings. This study summarizes functional influence factors of urban windy environment, ventilation potentials and ventilation routes for later evaluation and references of relevant design.

目次
謝誌
中文摘要 I
英文摘要 III
目次 V
圖次 IX
表次 XIV

第1章 緒論
1.1.研究背景與動機……………………………………………………………………1
1.2.研究目的……………………………………………………………………………1
1.3研究範圍……………………………………………………………………………2
1.3.1.建築類型………………………………………………………………………2
1.3.2.自然通風原理應用……………………………………………………………3
1.4.研究方法與進行流程………………………………………………………………3
1.4.1.研究方法………………………………………………………………………3
1.4.2.進行流程………………………………………………………………………4

第2章 基地環境與空間需求計畫
2.1.基地環境……………………………………………………………………………7
2.1.1.環境現況………………………………………………………………………7
2.1.2.基地分析………………………………………………………………………8
2.2.空間需求計畫 ……………………………………………………………………10
2.2.1.空間需求原則 ………………………………………………………………10
2.2.2.空間需求統計 ………………………………………………………………11

第3章 地區氣候與初步設計方案分析
3.1. 地區氣候分析 ………………………………………………………………………13
3.1.1.氣象資料來源 ………………………………………………………………13
3.1.2.氣候資料說明 ………………………………………………………………15
3.1.3.公館氣候資料與適用被動式設計策略分析 ………………………………16
3.1.4.常年風分析 …………………………………………………………………23
3.1.5.氣候分析小結 ………………………………………………………………27
3.2. 初步設計方案分析 …………………………………………………………………27
3.2.1.「初步設計量體方案」設定 ………………………………………………28
3.2.2.「自然環境」分析 …………………………………………………………29
3.2.3.「都市環境」分析 …………………………………………………………36
3.2.4.初步方案評比評分與統計…………………………………………………44
3.2.5.小結…………………………………………………………………………45

第4章 自然通風建築設計策略及設計操作
4.1.通風式建築設計策略………………………………………………………………47
4.1.1.通風換氣的原理………………………………………………………47
4.1.2.相關通風文獻………………………………………………………47
4.1.3.自然通風設計型錄………………………………………………………48
4.2.風場氣流與幾何造型………………………………………………………………53
4.2.1.公館地區風場氣流分………………………………………………………54
4.2.2.外風場氣流…………………………………………………………………56
4.2.3.流體作用力…………………………………………………………………57
4.2.4.幾何量體-氣流關係 ………………………………………………………58
4.3.自然通風設計操作…………………………………………………………………60
4.3.1.設計邊際條件說明…………………………………………………………60
4.3.2.設計概念及設計方案發展…………………………………………………61
4.3.3.通風設計型錄………………………………………………………………64
4.3.4.通風設計操作………………………………………………………………66
4.3.5.空間組織及區劃說明………………………………………………………71
4.3.6.通風設計計畫………………………………………………………………73
4.3.7.建築結構計畫………………………………………………………………77

第5章 自然通風設計模擬分析
5.1.模擬分析目的操作流程 ……………………………………………………………79
5.1.1.模擬分析目的…………………………………………………………79
5.1.2.模擬操作流程…………………………………………………………80
5.2.模擬軟體介紹 ………………………………………………………………………80
5.2.1.Win-Air4之特性……………………………………………………………81
5.2.2.Win-Air4之侷限性…………………………………………………………81
5.2.3.模擬軟體系統介面 …………………………………………………………81
5.2.4.氣象資料運用 ………………………………………………………………83
5.3.模擬操作 ……………………………………………………………………………83
5.4.都市風環境檢證……………………………………………………………………83
5.5.都市風環境及室內空間通風潛能檢證……………………………………………87
5.5.1.壓力係數以及壓力梯度計算說明…………………………………………87
5.5.2.都市風環境分析……………………………………………………………89
5.5.3.都市風環境及室內空間通風風力分析……………………………………93
5.5.4.都市風環境及室內空間通風潛能檢證小結………………………………96
5.6.室內空間通風路徑優化檢證………………………………………………………97
5.6.1.設計發展方案東北風向風壓力分析………………………………………99
5.6.2.設計發展方案風壓力梯度分析……………………………………………100
5.6.3.室內空間通風路徑優化檢證小結…………………………………………104
5.7.小結 ………………………………………………………………………………106

第6章 結論與建議
6.1 結論 ………………………………………………………………………………109
6.2 建議 ………………………………………………………………………………112

參考文獻……………………………………………………………………………………115

附錄一 ……………………………………………………………………………………117
附錄二 ……………………………………………………………………………………129

參考文獻
一、中文部分：
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C4.內政部建築研究所(2001)。綠建築設計技術編彙。台北市：林憲德。
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二、英文部分：
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三、網路文獻：
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I2. http://en.wikipedia.org/wiki/Pressure_gradient
I3.http://www.hkcoc.com/observatoryhome.php?url=http://www.hkcoc.com/cycdict/key=hey.htm