CFD模擬分析應用於建築與城市通風環境設計

此書以生物氣候設計(Bioclimate design)及氣候因應設計(climate responsive design)的觀點切入，探討如何利用自然通風理念及CFD模擬分析方法與技術來改善建築、社區及城市片區的整體通風環境，並提出相關規劃設計策略與準則的建議。在全球氣候變遷的衝擊下，本書中所應用的模擬分析方法及多尺度案例分析的經驗，可對於生物氣候設計及生態城市和生態社區理念之實踐，提供一個新的規劃設計操作模式與方法論。經由理論與文獻分析、相關風土建築的案例分析，以及實際多尺度案例的CFD模擬分析與評估，本書對於如何落實生物氣候設計及自然通風理念於建築、社區及城市設計的專業操作，提出具體的建言，以期能協助發展出順應地區風環境特性，並能永續發展的社區空間發展模式與建築設計。

■ 自序

在全球氣候變遷的衝擊下，如何發展順應地區氣候特徵的建築形式及城市空間佈局，已成為建築、景觀及城市規劃設計領域共同關注的焦點之一。在城市熱島效應及空氣品質問題日益惡化的趨勢下，如何加強建築、社區及城市片區的通風環境改善，以發揮抒解熱島效應及提升生活環境品質的目的，更成為目前永續城鄉環境治理領域一個新興的課題。此課題在理論與實務上具有時效性及廣泛的應用價值，類似理念的精神其實早已融入於早期一些強調生態智慧的風土建築之中，此類風土建築之產生，多是透過匠師及居民長期的在地經驗累積，以及基於人們在與環境長期互動的過程中所學到的生態智慧。這些強調尊重在地氣候環境特性的空間營造智慧深具時代價值，唯長久以來一直缺乏一套系統性且容易操作的分析方法和工具，來進行相關的評估與驗證，並發展出實用的設計導則。隨著數位化模擬分析工具的發展，以及微氣候因應設計理念的推廣，近十餘年來快速發展的計算流體力學(CFD)數值模擬分析方法及工具，提供了一個不錯的方法論基礎及操作工具，可藉以探討上述議題。基於此，本書嘗試以多尺度、多重案例分析的角度，來系統性的探討CFD風環境模擬分析如何協助建築及城市設計的專業實踐，以及如何在建築及城市設計的概念發展及策略規劃階段，有效地輔助空間規劃設計的決策。

本書嘗試結合理論與實務，全書共計六章。第一章透過全球環境變遷問題的描述，揭示出風環境因應設計的重要性，並藉由相關風土建築案例分析，歸納出建築及聚落設計時須注意的空間營造智慧。第二章嘗試以跨領域的角度，探討相關的文獻及理論基礎，以及CFD理論及相關操作應用的發展。第三章至第五章則為建築、社區至城市尺度的實際CFD應用分析。第三章探討CFD模擬分析在輔助建築設計及綠建築評估的應用，嘗試聚焦探討自然通風環境設計。第四章為街廓及社區尺度的外部空間通風設計及建築空間佈局與量體設計關係之探討，嘗試透過CFD模擬分析的協助，發展出符合自然通風理念及行人風場舒適度的建築配置及開放空間設計模式。第五章則為城市地區尺度的CFD應用探討，透過大陸及台灣地區各一個代表性的城市片區自然通風設計的模擬分析，來探討如何發展出配合城市風廊道規劃之城市片區通風改善策略，並提出相關街廓設計及規劃設計導則的建議。經由此三章由建築、社區至城市片區的多尺度、多重案例分析，本書除介紹CFD操作方法應如何與設計相結合之外，也分析在實務運用上必需注意的事項及限制。

本書是作者近十餘年來教學及研究成果的積累，書中所探討的案例，皆是作者擔任計畫主持人或專業顧問，實際親身操作的建築及城市設計案例，希望這些經驗的發表，能有助於CFD在建築及城市設計領域多尺度分析應用的發展。本書的完成需感謝許多幫忙我的單位、師長及朋友。首先要感謝我任教過的學校(成功大學、哈爾濱工業大學、金門大學等)給我機會教授相關課程，我也要感謝深圳市規劃設計研究院及葉世宗建築師事務所委託我相關的研究計畫，讓我有機會將CFD分析方法與實際的城市設計或建築設計專業相結合。此外，我特別要感謝雋巡環境科技公司惠予租用該公司最專業的WindPerfect DX模擬分析軟體，該公司的謝文欽經理並提供我不少軟體技術上的協助，在此衷心的感謝。我更要感謝哈爾濱工業大學建築學院於2012年至2015年期間，以海外高階人才引入的方式聘我為特聘教授，提供我優良的研究環境與資源，讓我在大陸有機會進行相關的研究，以及深圳市城市規劃設計研究院於相關計畫聘我為顧問和計畫主持人，讓我能實際參與大陸前沿的城市風廊道規劃。

臺灣及大陸許多建築及城市設計界的師長和好友，他們先前努力的相關研究成果或相關經驗的分享皆讓我受益良多，包括林憲德教授、謝俊民教授、邱英浩教授、蘇瑛敏教授、洪一安博士等，我要對這些勤奮的研究者，表達我由衷的感謝。此外，更應感謝我的內人幸萍，這些年來的全力支持，讓我能不自量力的將多年的研究結果彙整出書。最後，希望本書能兼顧理論與實務，能滿足學生及專業者的需求。作者才學有限，書中如有任何不足或遺誤之處，尚請讀者不吝指正。