百叶建筑开口尺寸澄清及计算.doc

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百叶建筑开口尺寸澄清及计算
一：观念澄清
就空气动力学之观点而言，当空气流经百叶叶片时将引发尾流效应，故在百叶的某些区域会产生扰流现象（Turbulence），此种空气扰动会在该位置附近形成空气流阻滞效果，致使气流通过叶片的物理阻力增加而造成百叶之通风效率下降。因此一设计良好之百叶构造需要能将此扰流效应减至最低程度以达到较高之通风效果。
一般百叶制造厂商常以“开口率”（%Free Area）此错误观念来说明百叶通风效率之优劣，实未能明确反应出在各种不同叶片构造设计下其相对应之扰流效应差异性，简言之，即使开口率相同的两种不同叶片形状构造的通风百叶，由于其所形成扰流严重程度不尽相同，通常设计良好之百叶其压降损失将远较设计不良者低。
自由面积（Free Area）
依照美国AMCA(Air Movement and Control Association)之定义：自由面积为理论上空气所能通过之最小面积。即是量测百叶窗所有叶片间、上叶片与上边框、下叶片与下边框的最小距离之加总乘以左右边框间最小距离所得之面积。

有效通风面积（Aerodynamic Free Area）
利用将所有百叶叶片移除后，百叶四周边所围成之可测量之开口面积（Measured Free Area）乘以该百叶之通风系数（Aerodynamic Coefficient‘Cv）所计算出之实际通风面积。
有上述定义可知，百叶之自由面积仅为一外观表象上的数值，由于未将百叶构造上所导致之扰流因素考虑在内，故若以此数据来评估百叶系统之优劣，势将造成设计人员作出错误的选择及设计。
二：百叶压降损失计算（Pressure Drop PD）

当空气以V1（进口风速）进入百叶窗时，由于气流受叶片结构形状及扰流等颈缩（Necking）因素的影响，气体流速在通过百叶叶片间时将被加速到V2，并假设空气在此情况下为不可压缩流体，故空气密度（P）可视为常数：
Q=A1V1=A2V2且A2=A1xCv V2=V1/Cv
Where Q=Air Flow Rate (m3/s)
A1=Measured Free Area (m2)
A2=Aerodynamic Free Area(m2)
C= Aerodynamic Coefficient
V1=Face Velocity(m/s)
V2= Aerodynamic Velocity(m/s)
利用所计算出的V2值，吾人可轻易求得空气流经百叶所造成之压损（PD）:
PD(N/m2)=1/2 pV22=0.6(V1/Cv)2 where p =1.2kg/m3
三：百叶建筑开口尺寸计算：
（一） 自然通风（Natural Ventilation）
设计要求：
A：决定所需之防雨率（Weatherproofness or Effectiveness）
B: 决定所需之有效通风面积（Aerodynamic Free Area）,依自然通风设计经验一般取该地区域楼地板面积之（1/10）
C：依照百叶制造商所提供之各种不同百叶Cv值选择适用者。
Colt 1UL/SH Cv=0.435/0.308(进气/排气)
Colt 2UL/SH Cv=0.308/0.250(进气/排气)
Colt 3UL/SH Cv=0.277/0.220(进气/排气)
D：计算出所需之百叶建筑开口面积：
范例1：
A：假设一欲採自然通风之室内楼地板面积为60m2
设计要求：
A：所欲之防雨率需求=99.70%（设计者须依其使用目的自订）
B：所需有效通风面积为6m2(取楼地板面积的1/10)
C:拟采用Colt 2UL/SH Cv=0.308/0.250(进气)
百叶建筑开口面积（A1）=有效通风面积（A2）/Cv=6/0.308=19.5m2
B：今若以开口率（%Free Area ）0.45 误引为其Cv值而用以计算所需之百叶建筑开口面积则：
百叶建筑开口面积=有效通风面积/（%Free Area ）=6/0.45=13.3m2
故知若以开口率之观念来计算百叶通风需求，将导致百叶建筑开口面积过小而使得室内实际通风量不足。
（二） 机械通风（Mechanical Ventilaion）
设计要求：
a：决定所须之防雨率（%）
b：决定所需之通风量（m3/s）
c: 决定百叶之进口风速（Face Velocity m/s）或压损（PD，N/m2）
容许值。
d：依照百叶制造商所提供之各种不同百叶Cv值选择适用者
e：计算出所需之百叶建筑靠口面积
（注：上述压损之设计值依照百叶之结构设计经验而言，一般介于30-70N/m2（建议值）。百叶压损值若超过150 N/m2时，百叶之叶片恐有噪音震动之声）
范例2：先由可容许之百叶最大压损值来求得建筑开口面积，并检验防雨率是否满足原先之设计要求：
A：欲採机械进风之室内楼地板面积为60m2
设计要求：
a：所需之防雨率至少95%以上。
b:所需之进风量（Q）=2.5m3/s
c：百叶所造成之压损最大容许值（PD）=25N/m3/s设计者依需求自订）
d：拟采用Colt 2UL/SH Cv=0.308
：PD=0.6（V1/Cv）2
:25=0.6(V1/0.308)2得出V1=1.99m/sec（进口风速）
百叶建筑开口面积=进风量（Q）进口风速（V1）=2.5/1.99=1.26m2（A1）
再由百叶制造商所提供之防雨率（Effectiveness ）v.s 进口风速（Face Velocity or Core Velocity）图表上，查的进口风速在1.99m/s时，防雨率可达96%（ok）
B：今若以开口率（%Free Area ）0.45取代Cv值之错误观念来计算所需之百叶建筑开口面积则：
：PD=0.6{V1/（%Free Area） }2
：25=0.6（V1/0.45）2得出V1=2.9m/s（进口风速）
百叶建筑靠口面积=进风量/进口风速=2.5/2.9=0.86m2
故可知若以开口率之观念来计算百叶通风需求，将导致百叶建筑开口面积过小而使得室内实际通风量不足。
范例3：由防雨率之需求计算出百叶建筑开口面积，并求出该百叶之实际压损值。
同范例2之设计需求，但若百叶之压损非首要设计参数，则可由防雨率V.S进口风速图上查知，防雨率95%，使用2UL百叶，其进口风速为2.2m/s（V）
百叶建筑开口面积=进风量/进口风速=2.5/2.2=1.14m2（A1）
此百叶所造成之压损（PD）
PD=0.6（V1/Cv）2=0.6（2.2/0.308）2=30.6N/m2
Colt Universal Lourve –Weather Effectiveness
Rain Defence
Effectiveness
Class
Effectiveness
A
1.00-0.99
B
0.989-0.95
C
0.949-0.80
D
below0.80

Louvre
Type
Face Velocity（m/s）
0.0
0.5
0.75
1.0
1.5
2.25
3.0
3.5
1UL/SH
0.725
0.660
0.654
0.638
0.603
0.632
0.505
0.499
D
D
D
D
D
D
D
D
2UL/SH
0.997
0.995
0.995
0.992
0.986
0.946
0.805
0.736
A
A
A
B
B
C
C
C
3UL/SH
1.000
0.998
0.998
0.998
0.998
0.995
0.996
0.995
A
A
A
A
A
A
A
A

Colt Universal Loure – Aerodynamic Performance
Aerodynamic Performance
Class
Aerodynamic Coefficient
1
0.40 and above
2
0.30-0.399
3
0.20-0.299
4
below 0.20

Louvre Type
HEVAC Class
Inlet
（Cv）
Extract
（Cv）
1UL/SH
1
0.435
0.380
2UL/SH
2
0.308
0.250
3UL/SH
3
0.277
0.220