1. 2013 中華民國航太學會學術研討會 新北市淡水，中華民國一百零二年十一月三十日
2013 AASRC Conference Tamsui, November 30, 2013
論文編號：02-01
1
應用 CFD 於大型廠房之自然通風器設計
朱家葆 1
，廖揚旭 1
，李永明 1*
，彭朋畿 2
，王正賢 3
逢甲大學航太與系統工程學系 1
中龍鋼鐵股份有限公司 2
大葉大學工業工程與科技管理學系 3
*E-mail: yml@fcuoa.fcu.edu.tw
摘 要
本研究主要利用計算流體動力動力學(CFD)方法，針對廠房自然通風器設計進行分析、評估、比較
所選用之通風器。研究中使用了二維與三維計算。二維計算中探討了兩種不同型式的屋脊式自然通風
器並從中選優，進行原建物上方開窗與否的分析比較；之後再擇優與順向坡式自然通風器進行分析比
較。結果顯示屋脊式通風器在本研究之環境條件設定下比順向坡式通風器擁有較佳的散熱效果。最後
將性能較優的屋脊式通風器進行全尺度三維熱流場模擬分析以獲得更多之數據資料作為設計參考。
關鍵字：自然通風器、計算流體力學
Numerical Simulation of Natural Ventilation in a Large Factory Building
Chia-Bao Chu1
, Yang-Hsu Liao1
, Yung-Ming Lee1*
, Peng-Ji Peng2
, and Jean-Shyan Wang3
1
Department of Aerospace & Systems Engineering, Feng Chia University
2
Dragon Steel Corporation
3
Department of Industrial Engineering and Technology Management, Dayeh University
*E-mail: yml@fcuoa.fcu.edu.tw
Abstract
This study is mainly using CFD methodology to investigate the performance of natural ventilation in a
large building. The natural ventilation design can be analyzed, evaluated, and compared through CFD tool.
This paper involves two dimensional and three dimensional computing. Two types of natural ventilation on
the ridge of a roof are evaluated, and the better one is chose to compare the efficiency with different building
design. One is with opening windows on upper building and the other is not. Above analysis are all in two
dimensional. Moreover, the better ridged-type natural ventilation and a tilted-roof-type natural ventilation are
combined with the better building individually, then do another evaluation. The results indicate that the
ridged-type natural ventilation has a better performance at the specific environmental condition in this study.
Finally, a full-scaled and three dimensional thermofluid field of the ridge-type natural ventilation is
computed and more information can be obtained as design references.
Keywords：Natural Ventilation, CFD
一、 前言
近年來面對能源物料受到國際經濟環境不穩
定之影響所造成的價格浮動，對於需要依存於能
源物料大量進口的台灣來說，間接使得台灣的能
源使用以及經濟發展受到相當的牽制。如何減低
能源消耗並提高能源使用效率已成為台灣當前
產業提高國際競爭力中不可不面對的重大問題
。對於高人口密度、高建築密度，以及擁有許多
中小企業的台灣來說，減少建築物所需的能源消
耗以及提升建築物的能源使用效率應可有效改
善台灣整體的能源消耗以及增進台灣永續發展
的能力。然而建築物中的能源消耗除了一般用電
外，其大部分的能源幾乎都使用在機械式的空氣
調節系統上，亦即 HVAC(heating, ventilation and
2. 2013 中華民國航太學會學術研討會 新北市淡水，中華民國一百零二年十一月三十日
2013 AASRC Conference Tamsui, November 30, 2013
論文編號：02-01
2
air-condition)系統。在建築物上使用自然通風器
(natural ventilation)並減低對機械式的空氣調節
系統依賴，將可大量節省能源消耗以及減低碳排
放，以達永續發展之目的。
另外，由於近年來科技的快速發展，電腦硬體
與 電 腦 輔 助 設 計 、 製 造 及 工 程 分 析 （
CAD/CAM/CAE）軟體的效能可謂突飛猛進，適
當的運用此類電腦輔助工程技術對產品的設計
與研發有事半功倍之效。
利用通風器設置於屋頂來增加廠房內的空氣
流量流出，可使廠房內空氣對流增強，可達到空
氣流通與保持廠房內適宜的操作溫度。經由數值
模擬可以知道廠房內、外流場變化以及溫度分布
的情形，藉以改善通風器的設計與設置情形。本
文主要是藉由電腦輔助工程(CAE)來分析模擬廠
房自然通風器的熱流場，並作較佳化設計，以此
減少開發成本及縮短開發建造時程。
二、 內容
2.1 文獻回顧
所謂通風(ventilation)是一密閉空間中之空氣
的改變[1]。通風不足將會造成室內溼度過高、水
分凝結、過熱以及空氣異味、霧氣、汙染物的增
加。商業與工業建築物的通風設計通常都是使用
HVAC(heating, ventilation and air-conditioning)系
統，然而，這樣的通風系統是非常消耗能源
(HAVC 在商用與民生住宅中佔了其能源使用量
的 60~70%，其中暖氣與冷房需求為大多數)。Wu
等的研究[2]也指出，台灣一般的室內空氣品質是
不佳的，這是由於壅擠的室內空間、高度密閉的
建築設計、不良的空氣循環以及缺乏通風，近年
來這個問題也逐漸開始被重視。此外，許多典型
的 室 內 汙 染 物 質 ， 例 如 含 油 的 懸 浮 物 質
(oil-aerosol)、水蒸氣、一氧化碳、氮氧化物(NOx)
與有機揮發物等存在於台灣的建築物中，這些大
多來自於當地的烹煮以及沐浴習慣；其文中也提
到對於越來越長時間居住於室內的人們來說，相
關的室內環境科學、建築工程設計等與人類之間
的互動關係應需要有更多的研究。
Wu 等[2]與 Meroney[3]提到，於建築物設計中
適當的使用自然通風器可以有效改善室內空氣
品質，減低對空調設備的依賴，並減少能源消耗
，也提供了綠建築擁有更大的技術優勢。一般來
說，採用自然通風設計的建築比使用空調的建築
，在能源成本上減少約 40%[1]。Hooff 等[4]也提
到使用自然通風(natural ventilation)來達到建築
室內環境的健康與舒適目的，是對地球環境永續
(sustainable)方法。對於使用自然通風設計的建築
物來說，最重要的設計參數就是考慮其建築物本
身外在的幾何外型。許多研究顯示透過修改建築
物的外型，如：風樓(wind floor)、雙層外表
(double-skin facades)，或是在屋頂增加一些結構
設計，如：風塔(wind towers)、捕風器(wind catcher)
等可以有效改善自然通風之效率。此外，Hooff
與 Blocken 認為自然通風設計在大型的可移動式
屋頂多功能運動場也扮演重要的角色[5]，當屋頂
關閉時若無良好的對流，裡面眾多的觀眾使得運
動場內的空氣品質以及過熱的環境成為一大問
題。
Khan 等[1]對通風器設計做了許多研究，如自
然通風器、被動式風驅動通風器(passive wind
driven ventilation)、直接(directed)被動式風驅動通
風器與主動式風驅動通風器(active wind driven
ventilation)。其中自然通風器是利用風壓以及堆
疊效應(stack effect，或是煙囪效應 chimney effect)
來輔助和導引空氣流動通過建築物。
被動式風驅動通風器是一種利用自然的風誘
導(wind-induced)效應當作一驅動力來提供室內
通風，這可以是開窗、中庭或天井、翼牆(wing
walls)、煙囪帽(chimney cowls)或排氣帽(exhaust
cowls)、風塔及雙層外表、風樓及進器口、捕風
器 等 。 直 接 被 動 式 有 ： 風 帽 或 風 斗 (wind
cowls/scoops)、風噴射器系統(wind jetter system)
。主動式風驅動通風分有：渦輪通風器(turbine
ventilators)、旋轉煙囪帽(rotating chimney cowl)
以及混合生質動力渦輪通風器等。
然而在眾多設計中如何挑選搭配建築物並做
最佳化，亦或是將現有的建築性能改善的更好，
依照目前的科技能力來看大量利用電腦輔助之
方式，CAD 及 CAE，將可有效節省設計開發成
本以及縮短時程。Allocca 等[6]利用計算流體力
學(CFD)方式研究單邊自然通風的效果，並與解
析與實驗之結果比對。其利用 CFD 之模型探討了
浮力效應、風力效應以及兩者結合的效應對室內
環境與通風率之影響。Stamou 與 Katsiris[7]探討
了不同的紊流模式在 CFD 中的應用對於分析室
內空氣流通之影響；此外，Meroney[3]也比較了
不同紊流模式分析結合室內外環境下對通風結
果之影響，並與實驗結果進行比對，文中認為不
同的紊流模式對於室內流場以及相關的交叉通
風流率沒有很大的影響。
Wu 等[2]利用 CFD 方法探討了不同的自然通
風 法 (double roof, covered ridge with sidewall
opening(CRSO), roof ridge opening, window
opening)的 6 種混合搭配，在炎熱的夏天環境以
及低風速下對於室內環境的影響。Hooff 與
Blocken[5] 利 用 CFD 針 對 大 型 半 包 圍 式
3. 2013 中華民國航太學會學術研討會 新北市淡水，中華民國一百零二年十一月三十日
2013 AASRC Conference Tamsui, November 30, 2013
論文編號：02-01
3
(semi-enclosed)運動場的通風設計進行分析，並探
討不同設計在不同風向下個別的效果，最後結果
顯示在運動場上方部分若能增加開口則可將空
氣交換率提高 43%之多。Hooff 等[4]也利用 CFD
與風洞實驗對高樓建築物上的自然通風器進行
研究分析與最佳化，結果顯示 CFD 與風洞實驗結
果有良好的吻合，並指出高樓的風樓設計中的導
引鰭片(guiding vane)會大大減低下方的絕對壓力
使得屋頂內的風阻增加，進而減少空氣通過建物
，因此最好的設計便是將導引鰭片取消。
另外，Zhai 在其文獻中[8]也認為 CFD 可以提
供重要的資訊來協助設計兼顧有能源效率、使用
者舒適度以及對環境友善之建築物，且 CFD 對未
來的建築設計是有相當大的潛力。
2.2 研究項目
1. 使用二維方式模擬分析比較兩種屋脊式通風
器設計；
2. 由項目 1 的分析中擇優作建物上方開窗後對
通風器性能的影響；
3. 使用簡易三維模型進行順向坡式與項目 1 擇
優之屋脊式通風器比較；
4. 由項目 3 擇優進行全尺度三維熱流場模擬分
析，並加入另一建物以觀察其中的流場與影響。
2.3 模擬條件設定
1. 二維模擬設定
通風器的比較與建築物上方開窗的影響採用
二維模型來分析，根據維勝鋼鐵股份有限公司提
供之廠房大小及兩種通風器的型式(如圖 1 及圖
2 所示)，建立二維模型計算範圍如圖 4 所示，圖
中左側為來風方向，正向吹入廠房左側開窗的一
邊。計算範圍高度為十倍的廠房高度(H)，右側範
圍(廠房右端到出風口)為廠房十倍寬度(W)，而左
側範圍(入風口到廠房左端)為廠房寬度五倍。由
於崁頂地理位置與高雄市地理位置相近，所以風
速則依據高雄市區平均風速來設定，根據莊月璇
所研究統計的資料顯示[9]，高雄各風向之韋伯機
率分佈參數，取發生機率大於 10%的風向作平均
風速的平均，其值約為 2.92m/s，按照最佳模擬條
件設定原則取整數設定風速為 3m/s 且正向吹入
廠房。此風速與風向設定在本計畫分析中為固定
值不會變動。然而實際上風速與風向是不會固定
，為了減少模擬上的困難，所以模擬假設風向固
定，即正向廠房窗口且風速固定。在紊流模擬設
定方面，Allocca 等的研究中提到有文獻比較多種
紊流模型[6]，其中 Re-normalization Group (RNG)
k-ε 模型有較佳的模擬結果，所以模擬假設紊流模
式為 RNG k-ε 模型。
2. 三維模擬設定
依據二維模擬結果，將有較佳結果的通風器型
式設置於屋脊，而順向坡通風器設置 600 型通風
器。計算範圍在廠房前後上下與二維模型一樣，
而寬度取單位寬度兩邊設定為對稱如圖 5 所示
。由於三維模型較為龐大複雜所以計算時間長，
以及模擬過程中難免會發生一些不可預期的問
題(如無法收斂、電腦因熱當機等…)，所以假設
對稱模型來分析。而此模型可以大量降低電腦運
算所需的資源與時間，且可以提早解決一些不可
預期的問題，其結果在定性上也可以比較屋脊與
順向坡的差異。邊界條件設定除了上述寬度兩邊
設定為對稱外，其餘設定與二維模型一樣。最後
在模擬 C、D 棟廠房時則完整建立三維模型如圖
6 所示，並在 D 棟廠房內加入熱源條件，觀察熱
對流變化情形。
2.4 分析原理
本研究分析之統御方程式如下：
2.4.1 連續方程式
0)(
v
t
(1)
2.4.2 動量方程式
gpvvv
t
ij
)()()( (2)
其中 ij =應力張量
]
3
2
)[( Ivvv T
ij
(3)
其中 、 I 分別為分子黏度、單位張量。
2.4.3 能量方程式
))(()( peve
t
))(( vJhTk effjjeff
(4)
其中 teff kkk (5)
2
2
vp
he
(6)
effk 、 tk 、 jJ
分別為有效熱傳導係數、紊流熱傳
導係數以及擴散通量。
2.4.4 紊流傳輸方程式
本研究將流場假設為穩態紊流流場，其中設定
之紊流模型為 RNG k-ε，因為此模型有較佳的模
擬結果，其包含了下列的精進[10]：
1. 改善 ε 方程式的精度。
2. 對渦旋流提高精度。
3. RNG 理論提出紊流 Prandtl numbers 的解析公
式。
4. RNG 理論提出低雷諾數流動黏性的解析公式
4. 2013 中華民國航太學會學術研討會 新北市淡水，中華民國一百零二年十一月三十日
2013 AASRC Conference Tamsui, November 30, 2013
論文編號：02-01
4
，其特色為靠近邊壁區域有適當的處理。而
標準 k-ε 模型為高雷諾數的模型。
三、 結果與討論
3.1 兩種通風器型式的性能比較
依照前述模擬設定，在計算中取通風口的質量
流率，如圖 7 所示。表 1 為兩種通風器型式(圖 1
及圖 2)二維模擬的質量流率，表示穩態時流出廠
房的空氣質量流率，結果顯示通風器型式 1 每秒
流出廠房 1.807 公斤的空氣量，而通風器型式 2
每秒流出廠房的公斤量為 2.324，依此結果可知
通風器型式 2 有較佳的排氣效果。
3.2 是否開窗的影響
利用有較佳結果的通風器型式 2，在廠房上方
多開一道窗(尺寸與原下方窗口一樣)作二維模擬
分析結果如表 2，結果顯示從通風器流出之空氣
質量流率略為增加至每秒 2.509 公斤，比只開下
方窗口的狀態多約 8%。而上下窗口流入廠房之
質量流率分別為 0.980 (kg/s)及 1.529 (kg/s)。這裡
考量到由於下方窗口流入的空氣量變少(與只開
一道窗比較)，造成廠房地面附近高度的對流減少
及人感受到的風量減少，再加上多開一道窗只有
增加 8%的排氣量，所以不建議在廠房上方多開
窗戶。
3.3 屋脊與順向坡的比較
表 3 為通風器設置於屋脊與順向坡(圖 3)三
維模擬的質量流率，為了加速模擬，三維模型取
單位寬度分析，模型兩邊設為對稱，如圖 5(詳細
說明於三維模擬設定中)。屋脊通風器採用前述較
佳結果的型式 2，而順向坡通風器為 600 型通風
器。結果顯示當通風器型式 2 設置於屋脊通風器
的三維對稱模型排氣量為 6.214 (kg/s)，而將 600
型通風器設置於順向坡時的三維對稱模型排氣
量為 5.250 (kg/s)。依此結果可知屋脊通風器排氣
量優於順向坡的排氣量。圖 8 顯示了廠房內在兩
種型式下的溫度分佈與速度向量，由圖可看出屋
脊式通風器較順向坡式更可有效導入冷空氣以
及將室內高溫帶至室外。
3.4 C、D 棟廠房熱流場分析
模擬中環境溫度假設為 28℃，所以入風溫度
設定為 28℃，在 CNC 加工區設定為 34℃，如圖
9 所示之處。圖 10 為分析使用的網格，為了減
少網格數量而又不減低分析準確度，因此選擇了
卡氏(Cartesian)結構性網格。另外考慮到太陽直射
廠房時會加熱建築物本身以及地面，如果是鐵皮
屋其溫度在夏季往往可高達 60℃(台灣公園綠地
協會[11])，所以廠房本身連同通風器皆假設為 60
℃。依照前述模擬設定，在 C、D 棟廠房各取四
個區域觀察溫度變化，如圖 11 至圖 13 所示。
圖 11 為 D 棟廠房之溫度分佈結果，為觀察方便
將廠房分為四個區域並取各區域中間以即屋脊
中線顯示溫度分佈進行比較，由圖中可明顯看出
廠房之縱向(平行屋脊)與橫向溫度分佈，由 CNC
加工區域開始沿縱向方向遞減，且高溫均集中在
屋頂處。圖 12 結果顯示，在 D 棟廠房區域 1 下
方 CNC 加工區大約維持 34℃，上方溫度也大約
35℃左右；在區域 2 下方溫度則略低約 31℃~33
℃，而上方仍有 34℃~35℃；而區域 3 上、下方
溫度則約 30℃~32℃；在離熱源區最遠的區域 4
則是約30℃~31℃左右。在C棟廠房方面(如圖 13
所示)，區域 5 約 30℃~31℃；區域 6 及區域 7 約
29℃~30℃；而區域 8 則約 30℃~31℃左右。依此
結果在廠房下方皆有 29℃~31℃左右，在廠房上
方的溫度則都較高，尤其廠房左右側沒有出風口
，所以熱量散不出去造成溫度提高，在加上廠房
除了開窗也開門，通風器的排氣量變小，所以廠
房上面的溫度因此而上升。另外，也由於開門的
緣故，在門附近溫度也較低一點。
誌謝
感謝維勝鋼鐵股份有限公司補助支持使本文
研究得以順利完成。
參考文獻
[1] Khan, N., Su, Y., and Riffat, S. B., 2008, "A
review on wind driven ventilation techniques."
Energy and Building, Vol. 40, pp. 1586-1604.
[2] Wu, H.-H., Wang, F.-J., Chiang, C.-M., and
Lai, C.-M., 2007, "Numerical simulations of
the natural ventilation design mix of
elementary school classrooms," Building
Simulation, pp. 1826-1830.
[3] Meroney, R. N., 2009, "CFD Prediction of
Airflow in Buildings for Natural Ventilation,"
11th American Conference on Wind
Engineering, San Juan, Puerto Rico.
[4] Hooff, T. van, Blocken, B., Aanen, L., and
Bronsema, B., 2011, "A venturi-shaped roof
for wind-induced natural ventilation of
buildings: Wind tunnel and CFD evaluation of
different design configurations," Building and
Environment, Vol. 46, pp. 1797-1807.
[5] Hooff, T. van, and Blocken, B., 2009,
"Computational analysis of natural ventilation
in a large semi-enclosed stadium," 5th
European & African Conference on Wind
Engineering, EACWE, Florence, Italy.
[6] Allocca, C., Chen, Q., and Glicksman, L. R.,
5. 2013 中華民國航太學會學術研討會 新北市淡水，中華民國一百零二年十一月三十日
2013 AASRC Conference Tamsui, November 30, 2013
論文編號：02-01
5
2003, "Design analysis of single-sided natural
ventilation," Energy and Buildings, Vol. 35,
pp. 785-795.
[7] Stamou, A., and Katsiris, I., 2006,
"Verification of a CFD model for indoor
airflow and heat transfer," Building and
Environment, Vol. 41, pp. 1171-1181.
[8] Zhai, Z., 2006, "Application of Computational
Fluid Dynamics in Building Design: Aspects
and Trends," Indoor and Built Environment,
Vol., 15, pp. 305-313.
[9] 莊月璇，2001 年，台灣地區風速機率分佈之
研究，國立中央大學土木工程研究所。
[10] ANSYS FLUENT User’s Guide
[11] 台 灣 公 園 綠 地 協 會 ，
http://www.parkspace.org.tw/info_2.php?info_
id=18
表 1. 兩種通風器型式的質量流率
通風器型式 1 通風器型式 2
流出之質量流率
(kg/s)
1.807 2.324
表 2. 廠房上方多開窗的質量流率
通風器型式 2
流出之質量流率(kg/s) 2.509
上方窗口流入之質量流率
(kg/s)
0.980
下方窗口流入之質量流率
(kg/s)
1.529
表 3. 屋脊(型式 2)與順向坡(600 型)的質量流率
屋脊(型式 2) 順向坡(600 型)
流出之質量流率
(kg/s)
6.214 5.250
圖 1. 屋脊式通風器型式 1
圖 2. 屋脊式通風器型式 2
圖 3. 順向坡式通風器
圖 4. 二維模型與計算範圍
6. 2013 中華民國航太學會學術研討會 新北市淡水，中華民國一百零二年十一月三十日
2013 AASRC Conference Tamsui, November 30, 2013
論文編號：02-01
6
圖 5. 三維對稱模型與計算範圍
圖 6. 三維全尺度模型與計算範圍
圖 7. 監視流量之出口位置
順向坡式 屋脊式
圖 8. 三維對稱分析之溫度分佈與速度向量
圖 9. C、D 棟廠房示意圖
(a)
(b)
圖 10.卡氏(Cartesian)網格(a)全域; (b)D 棟 CNC
加工區局部放大
![2013 中華民國航太學會學術研討會 新北市淡水，中華民國一百零二年十一月三十日
2013 AASRC Conference Tamsui, November 30, 2013
論文編號：02-01
2
air-condition)系統。在建築物上使用自然通風器
(natural ventilation)並減低對機械式的空氣調節
系統依賴，將可大量節省能源消耗以及減低碳排
放，以達永續發展之目的。
另外，由於近年來科技的快速發展，電腦硬體
與 電 腦 輔 助 設 計 、 製 造 及 工 程 分 析 （
CAD/CAM/CAE）軟體的效能可謂突飛猛進，適
當的運用此類電腦輔助工程技術對產品的設計
與研發有事半功倍之效。
利用通風器設置於屋頂來增加廠房內的空氣
流量流出，可使廠房內空氣對流增強，可達到空
氣流通與保持廠房內適宜的操作溫度。經由數值
模擬可以知道廠房內、外流場變化以及溫度分布
的情形，藉以改善通風器的設計與設置情形。本
文主要是藉由電腦輔助工程(CAE)來分析模擬廠
房自然通風器的熱流場，並作較佳化設計，以此
減少開發成本及縮短開發建造時程。
二、 內容
2.1 文獻回顧
所謂通風(ventilation)是一密閉空間中之空氣
的改變[1]。通風不足將會造成室內溼度過高、水
分凝結、過熱以及空氣異味、霧氣、汙染物的增
加。商業與工業建築物的通風設計通常都是使用
HVAC(heating, ventilation and air-conditioning)系
統，然而，這樣的通風系統是非常消耗能源
(HAVC 在商用與民生住宅中佔了其能源使用量
的 60~70%，其中暖氣與冷房需求為大多數)。Wu
等的研究[2]也指出，台灣一般的室內空氣品質是
不佳的，這是由於壅擠的室內空間、高度密閉的
建築設計、不良的空氣循環以及缺乏通風，近年
來這個問題也逐漸開始被重視。此外，許多典型
的 室 內 汙 染 物 質 ， 例 如 含 油 的 懸 浮 物 質
(oil-aerosol)、水蒸氣、一氧化碳、氮氧化物(NOx)
與有機揮發物等存在於台灣的建築物中，這些大
多來自於當地的烹煮以及沐浴習慣；其文中也提
到對於越來越長時間居住於室內的人們來說，相
關的室內環境科學、建築工程設計等與人類之間
的互動關係應需要有更多的研究。
Wu 等[2]與 Meroney[3]提到，於建築物設計中
適當的使用自然通風器可以有效改善室內空氣
品質，減低對空調設備的依賴，並減少能源消耗
，也提供了綠建築擁有更大的技術優勢。一般來
說，採用自然通風設計的建築比使用空調的建築
，在能源成本上減少約 40%[1]。Hooff 等[4]也提
到使用自然通風(natural ventilation)來達到建築
室內環境的健康與舒適目的，是對地球環境永續
(sustainable)方法。對於使用自然通風設計的建築
物來說，最重要的設計參數就是考慮其建築物本
身外在的幾何外型。許多研究顯示透過修改建築
物的外型，如：風樓(wind floor)、雙層外表
(double-skin facades)，或是在屋頂增加一些結構
設計，如：風塔(wind towers)、捕風器(wind catcher)
等可以有效改善自然通風之效率。此外，Hooff
與 Blocken 認為自然通風設計在大型的可移動式
屋頂多功能運動場也扮演重要的角色[5]，當屋頂
關閉時若無良好的對流，裡面眾多的觀眾使得運
動場內的空氣品質以及過熱的環境成為一大問
題。
Khan 等[1]對通風器設計做了許多研究，如自
然通風器、被動式風驅動通風器(passive wind
driven ventilation)、直接(directed)被動式風驅動通
風器與主動式風驅動通風器(active wind driven
ventilation)。其中自然通風器是利用風壓以及堆
疊效應(stack effect，或是煙囪效應 chimney effect)
來輔助和導引空氣流動通過建築物。
被動式風驅動通風器是一種利用自然的風誘
導(wind-induced)效應當作一驅動力來提供室內
通風，這可以是開窗、中庭或天井、翼牆(wing
walls)、煙囪帽(chimney cowls)或排氣帽(exhaust
cowls)、風塔及雙層外表、風樓及進器口、捕風
器 等 。 直 接 被 動 式 有 ： 風 帽 或 風 斗 (wind
cowls/scoops)、風噴射器系統(wind jetter system)
。主動式風驅動通風分有：渦輪通風器(turbine
ventilators)、旋轉煙囪帽(rotating chimney cowl)
以及混合生質動力渦輪通風器等。
然而在眾多設計中如何挑選搭配建築物並做
最佳化，亦或是將現有的建築性能改善的更好，
依照目前的科技能力來看大量利用電腦輔助之
方式，CAD 及 CAE，將可有效節省設計開發成
本以及縮短時程。Allocca 等[6]利用計算流體力
學(CFD)方式研究單邊自然通風的效果，並與解
析與實驗之結果比對。其利用 CFD 之模型探討了
浮力效應、風力效應以及兩者結合的效應對室內
環境與通風率之影響。Stamou 與 Katsiris[7]探討
了不同的紊流模式在 CFD 中的應用對於分析室
內空氣流通之影響；此外，Meroney[3]也比較了
不同紊流模式分析結合室內外環境下對通風結
果之影響，並與實驗結果進行比對，文中認為不
同的紊流模式對於室內流場以及相關的交叉通
風流率沒有很大的影響。
Wu 等[2]利用 CFD 方法探討了不同的自然通
風 法 (double roof, covered ridge with sidewall
opening(CRSO), roof ridge opening, window
opening)的 6 種混合搭配，在炎熱的夏天環境以
及低風速下對於室內環境的影響。Hooff 與
Blocken[5] 利 用 CFD 針 對 大 型 半 包 圍 式](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)