高性能防雨百葉 High Performance Louvre 設計指導

概論
在平常人們生活周圍，百葉可說是隨處可見，并且一般人對其也可能有某種程度的了解與認識。若就其功能上作一簡單的說明，我們可將其定義為"…，可將雨水阻絕于外并可保持空氣的流通…”。
 
設計要點
一般設計人員或使用者在選擇百葉時，首先應考慮的項目如下：
  安裝現場所在位置及其暴露于外界之程度。
安裝場所當地氣候條件。
百葉于建筑物之安裝位置及其暴露于外界之程度。
通風需求量及風向。
百葉可接受的最大壓損。
百葉可接受的最小防雨率及可接受的雨水穿透距離。
百葉如不以垂直面安裝時的對策。

由于安裝百葉的首要目的，絕大部分是為了通風的需求，當百葉安裝位置可能直接或間接受大氣環境所影響時，這時即伴隨著防雨率的問題。因此了解場所所在地的大氣條件及百葉可提供的需求非常重要。
  
開口率 （Percent Free Area）：（自由面積/百葉總面積）× 100
國內設計人員于選擇百葉時，習慣以開口率作為性能評量標準。一般大眾未能深悉其精神在于通過百葉的空氣實際流量，而僅注意以開口率作為標準，若依此觀念作為選擇百葉的評斷或設計依據，往往造成建筑物百葉開口過小或不足。輕則造成人員生活、工作環境通風不良而不舒服，重則可能導致人員因此造成工作傷害，或因百葉壓損過高導致機電設備散熱不良、匹配不當而造成金錢損失及設備損害。只有藉由比較通過百葉自由面積的空氣實際流量，才得以確實作出百葉的性能比較。 
 
通風系數（Aerodynamic Coefficient）：通過百葉之空氣實際流量/理論流量。
通風系數為百葉經風洞測試計算所得，經由風洞試驗量測通過百葉的空氣實際流量、密度、通過百葉產生的壓損以及百葉的核心面積，即可計算求得通風系數。HEVAC（UK）技術規范將此通風系數分成四個等級以作為評定百葉通風性能的標準，其分級如下表（表1）
分級    通風系數
1    0.4（含）以上
2    0.3 – 0.399
3    0.2 – 0.299
4    0.199（含）以下

空氣通過百葉時由于磨擦損失（friction loss）、黏滯力（stagnation）、擾流（turbulance）及頸縮效應（necking）等因素，百葉自由面積并非空氣實際可通過的有效開口，因此利用風洞試驗可計算求得百葉的通風系數并進而換算其有效通風面積。通風系數的使用，除了可直接用來比較各種不同設計形式百葉性能的好壞，亦可用以計算器械通風時百葉所造成的壓損。經由白努利定律簡化之，我們可得如下公式：
　　　　　　　　　　ΔP = 1/2 × ρ × v 2 = 1/2 × ρ × ( Q /（A × Cv）)2
　其中
ΔP    ：通過百葉產生的壓損，Pa（N/m2）
ρ    ：通過百葉空氣的密度，（1.2kg/m3@20℃）
v     ：空氣通過百葉的速度，（m/sec）
Q    ：空氣通過百葉的流量，（m3/sec）
A    ：百葉的核心面積，（m2）
Cv    ：通風系數
  
防雨率
百葉的另一重要性能指針為防雨率，HEVAC（UK）的測試方法為以1000mm × 1000mm測試尺寸的百葉在風洞試驗中，測試條件模擬13m/sec外界風場，75mm/hr降雨強度，于百葉后方設置風機以模擬一般建筑物機械通風的情況，測量在8個不同核心風速下，歷時30分鐘雨水穿透百葉的穿透量。將此等測試數據換算為防雨率后再予以分級，其分級如下表（表2）。

分級    防雨率    最大雨水穿透量（l/hr/m2）
A       1 ~ 0.99    0.75
B    0.989 ~ 0.95    3.75
C    0.949 ~ 0.80    15.0
D    0.8以下    15.0以上

振動
選擇百葉時有一重要現象須考慮的是振動問題，可能造成振動的因素有許多，但最主要的是通過百葉葉片的空氣流速過高，此情況常是因使用開口率作設計標準而計算出過小的百葉開口面積。另外百葉本身的設計及構造也可能是出現此問題的原因之一。過大的葉片支撐跨距、不良的葉片固定方法或葉片形狀均可能因過高的空氣通過流速而產生振動。避免的方法應以通風系數作設計依據來計算適當的百葉開口面積。
  
材質
可用來制造百葉的材質及加工成形方法有許多，常見的如鋁擠型、鋁板輥壓成形、冷壓鋼板、鍍鋅鋼板或不銹鋼，某些特別情形下亦可能采用銅或塑料。鋁因質輕、蘊藏豐富及良好的機械與加工特性，現已成為制造百葉最主要的材質，鋁擠出成形更是廣泛地被用來制造形狀復雜的組件。
  
構造
世界各國百葉設計/制造廠商生產的百葉不盡相同，大致包括的基本組成組件有：上邊框（Head）、側邊框（Jamb）、下邊框（Cill）、邊框連接片（Saddle）、支撐豎料（Mullion）及葉片（Louvre）等。這些組件通常在制造廠組裝完成，但若是大尺寸或需要連續外觀造形設計的百葉則必須在在制造廠依所需尺寸裁切后在現場組裝。

由于百葉外形、構造不同，因此欲從中比較其性能優劣實屬不易。筆者就常被詢問如何簡單就其外形設計作判斷，在此還是要強調最簡單而直接的評斷即是由其性能測試報告決定，但有些設計仍是可藉由我們所學的物理觀念作判斷?，F提出一些觀點供讀者作另類思考與判斷。

葉片形狀與排列方式

    圖3所示為常見之葉片排列方式，挾帶雨水的風從左側進入百葉后，由于路徑改變使雨滴因慣性沿切線方向前進撞擊葉片而遭捕集。設計觀點正確，可惜因為力求制造上的簡便而將前、后葉片以一體化的鋁擠型制造成形。

　　　　　　　
Y Blade（Double）                     Z Blade（Triple）          V Blade（Double）  

（圖3）摘自AMCA Publication 501-93

    圖4所示為特殊設計的葉片排列方式，挾帶雨水的風從右側進入百葉后，其雨水捕集機制同圖3，但其前、后葉片并未直接連接。相反的是前、后葉片間刻意保持一間隙，以捕捉前面葉片表面被高速氣流挾帶之雨水，并且葉片之導水溝槽可將捕集的雨水導入兩側封閉的支撐豎料（Mullion），此也避免往下徑流（Cascade）的雨水被高速氣流挾帶而穿透百葉。

               單層通風百葉                                     雙層防雨通風百葉
　　　
　　　　　　?。▓D4）摘自Mega Union Universal Louvre Technical Specification
 
在相同的葉片間距下，從圖4可看出其較圖3有較佳的空氣動力設計。比較上來說，圖3似可增加葉片間距以獲取較低的壓損，但同時這一做法也將大幅地降低其防雨率。

排水設計

百葉葉片捕集的雨水不宜直接由葉片表面往下徑流排出，較佳的方法是藉由葉片的導水溝槽將捕集的雨水導入兩側封閉的支撐豎料（Mullion）。由于大量被捕集的雨水由此匯集排出，此排水管道的包封性是必須注意地。特別須說明的是由于東南部沿海地區夏季易受臺風的侵襲，支撐豎料的間距不宜過大，這是須考慮排水與百葉承受風壓所致。

熱脹冷縮效應

百葉設計不同，其安裝方法即會有差異及限制，因此欲評斷何種固定方式較佳實屬困難。依照傳統，葉片大都是以固定螺絲或焊接的方法作固定，此等方法將限制葉片無法依照溫度的變化而調整長度。較佳的設計應是能避免上述直接固定而允許葉片自動調整的方法。

上述說明僅是提供設計人員及使用者一些思考方向，對于選擇百葉時應有一定的幫助，不過在此仍必須一再強調正確的做法應是由其性能測試報告決定，尤其是在作定量計算時更不可輕忽。

表面涂裝
百葉的表面采用何種涂裝處理是選擇百葉時必須確認的。涂裝處理的目的不外如下考慮：

突顯（對比）或能與周遭色系匹配。
一般使用上，保護百葉不受氣候影響。
工業上用以保護百葉不致遭受高溫或化學成份的侵蝕。

常見的表面涂裝處理有鍍鋅處理（galvanised）、陽極處理（anodised）、氟碳涂裝（polyvinylidene fluoride）及粉體涂裝（polyester powder coating）。以國內廣泛使用的粉末涂裝及氟碳涂裝作比較，粉末涂裝具有良好的流平性、抗紫外光及抗氧化等耐候性，顏色選擇多樣化，并有特殊色系以供選擇。粉末涂裝也是能符合環保需求的涂裝作業，其制程無需使用有機溶劑，因此能減少對環境的沖擊。氟碳涂裝具有良好的化學耐侵蝕性、耐粉化性及色澤保持性與耐久性，惟其顏色的選擇性不如粉末涂裝。一般而言，粉末涂裝與氟碳涂裝具有相當的耐候性，氟碳涂裝則具有較佳之化學耐侵蝕性，粉末涂裝則具有較佳之機械性能。若以成本考慮，粉末涂裝的造價則較氟碳涂裝經濟許多。