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建築環境風場評估與風電預測

2020-04-29

簡育欽 博士後研究員

中原大學機械工程學系


隨著都會區的經濟發展及人口匯集,在主要都市中往往呈輻射狀構成建築物密集的區域,以容納大量人口居住。然而,建築物密度於土地利用上終究會達到飽和,因此許多都會區在都市更新計畫上將低樓層建築物改建為較高樓層建築物,更造成都會區中的住宅區、商業區甚至工業區高樓大廈林立。由於市區內的房價過高及交通網絡的發達,位於郊區的鄰近鄉鎮也因而受惠開始蓬勃發展。這種環境下所伴隨之人為活動製造出的大量熱源及汙染物,再加上密集的鋼筋混凝土建築物吸收了太陽、地表及人造所散發出的熱量,在都市氣候上使得市區的平均氣溫通常高於郊區,形成了特殊的熱島效應,影響戶外環境舒適度。除此之外,眾多的建築物也增添了氣流流動時之地表摩擦,形成弱風區域,讓汙染物容易積蓄於市區中,且減低了室內外環境通風交換率,影響室內環境舒適度及健康。

 

圖1 高雄市鄰近85大樓建築群(2015年9月18日攝於高雄鼓山)。

 

根據中華民國行政院環保署所發布之「開發行為環境影響評估作業準則」法規中第29條規定:「開發行為除煙囪外有七十公尺以上之高層結構體者,其可能產生之風場、日照、電波以及空氣污染物擴散之干擾等負面影響,應予預測及評估,並納入環境保護對策;必要時應進行相關之模擬分析或試驗。」及第50條規定中:「高樓建築之開發,應重視其品質與景觀之整體性,並評估高樓建築對周遭環境所產生之風場、日照、電波、交通、停車或帷幕牆反光以及室內停車場廢氣排放等之影響。」,可見於興建高樓建築前,其建物落成後的環境風場評估對土地開發為一重要指標。

針對單一建築物,其環境周遭風場可具有渦漩(vortex)、尾流(wake)、穿堂風(through flow)、角隅強風(corner flow)等特性;而對於建築物群,其環境周遭風場則具有遮蔽(shelter)、金字塔(pyramid)、縮流(venturi)、渠化(channel)等效應。當自然風吹向建築物時,其氣流可能因建築物的幾何外型及相鄰排列方式,造成氣流加速現象,這意味著建築物的建造另蘊含著風能資源開發與利用的潛能。

在臺灣,根據經濟部能源局所訂定「中華民國一百零九年度再生能源電能躉購費率及其計算公式」中所提及,建置一裝置容量30 kW以下之陸域型風力發電設備,其躉購費率可獲得每度電7.7998元之補助,鼓勵民眾住家及工商廠址建置一中小型風力發電系統。在臺灣綠建築評估系統EEWH內容中,生態、節能、減廢及健康為主要四大範疇,其內涵蓋生物多樣性、綠化量、基地保水、日常節能、CO2減量、廢棄物減量、室內環境、水資源及污水垃圾改善等九項指標,而建築物的創能效益亦可作為綠能建築評估的一環,讓建築物經由節能、儲能及創能三大方向並行,使其達到永續綠建築。目前單一建築物所採用之儲能及創能技術主要以鋰電池及太陽光伏發電系統為主,部分可進一步建置風力發電系統。而在建築物群的創能技術中,風能資源的潛在開發與利用可透過觀測資料查詢系統(CODiS,https://e-service.cwb.gov.tw/HistoryDataQuery/index.jsp)查詢歷年臺灣各區域風速及風向資訊,並搭配風洞試驗或數值模擬即可用於評估建築物群環境風場且預測計算出所蘊含之風電資源。

期望未來臺灣在都市計畫更新上可進一步評估住宅及工商業大樓其潛在所蘊含的風能資源,並宣導與獎勵建築群一同創能,提升建築物本體之價值。