为何打风爆窗碎片散在室外?
为何打风爆窗碎片散在室外?
龚颖恒
2020年3月
每当有台风袭港,都不时会有新闻报道关于建筑物窗户爆裂的事件。大家若细心可能会留意到,建筑物的玻璃窗不一定在迎风面破碎,并且有时会见到玻璃碎片甚至冷气机坠至室外(图一)。到底背后有什么原因?
其实「打风」时玻璃窗碎裂主要有以下三个原因: (1)一些被风吹起的坚硬物件撞击玻璃窗使之碎裂; (2)建筑物在迎风面直接受到风压(即风荷载[1])影响,并超过玻璃窗所能承受的; (3)大风吹过建筑物导致室内和室外的气压有差异,造成的力量超过玻璃窗所能承受的。关于最后一点,我们可用白努利原理去理解。白努利原理来自能量守恒定律(即动能、位能、内能的总和保持不变),简单的演绎是: 当流体(例如空气)的流动速度增加时,如果高度不变,其压力会减少。
白努利原理有多方面的应用,例如飞机机翼的设计,特别令到经过机翼顶部的气流较经过机翼底部的气流为快。根据白努利原理,机翼顶部所承受的压力会比机翼底部的为低,从而产生向上的升力(图二),让飞机可以抗衡自身的重量而浮在空中。
在城市里某些相邻建筑物的外墙距离较小,当气流经过它们之间收窄了的通道,便会产生风洞效应而加速。根据白努利原理,通道内的气压因而下降,从而对两旁的建筑物形成一股吸力,有机会令建筑物表面的物件(如玻璃或冷气机)被扯出室外(图三)。 就算是单座的建筑物,当大风吹过时,在建筑物的迎风面,由于气流减速,会产生一正压区;若建筑物的迎风面有缺口(例如窗户间的空隙),便会连带室内也产生正压力,再加上白努利原理引致的压力差,会令到建筑物的侧面及背风面形成一股向外力(请参看图四),将建筑物表面的物件扯出室外。
因此以后「打风」时,对于一些就算不在迎风面的窗户,也切勿掉以轻心啊!

图一 2018年强台风山竹袭港期间,部分地区的玻璃幕墙碎片坠落在街道上。(2018年9月16日YW Ng摄于红磡)

图二 气流通过飞机机翼时会被分开,机翼的形状设计令顶部气流的流动比底部的快,产生垂直的压力差,为飞机提供升力。

图三 风洞效应在建筑物产生之吸力(H代表室内气压较高,L代表室外气压较低,黑色箭咀显示气流方向,蓝色箭咀显示吸力之方向)。

图四: 当大风吹过建筑物时,室内及室外不同方位的压力分布示意图。若建筑物的迎风面有缺口,再加上白努利原理引致的压力差,会令到建筑物的侧面及背风面形成一股向外力。
参考资料:
[1] 屋宇署,2019: 香港风力效应作业守则2019年 [暂只提供英文版本]
[1] 屋宇署,2019: 香港风力效应作业守则2019年 [暂只提供英文版本]