臺灣博碩士論文加值系統

全球氣候持續暖化，而且台灣能源高度依賴進口。在高耗能的都會建築物實施友善大地、保護環境的綠建築政策，是我們當今刻不容緩、勢在必行的重要課題。地底下中間層基本上有恆溫的特性，地下淺層溫能或地-空氣熱交換器(Earth-Air Heat Exchanger)是可以利用導入建築物中，改善夏天的酷熱及冬天的寒冷，也可降低建築物碳足跡。本研究以國外案例及文獻蒐集針對建築物筏式基礎二次利用進行數值評估與模擬，並以流體動力學CFD(Computational Fluid Dynamics)軟體計算模擬。模擬結果顯示，在夏季，35℃的外氣借助風機以每秒2公尺速度送入筏基層之管道進行熱交換，獲得5.5℃~7.5℃的降溫，反之，在冬季，15℃的外氣以相同的方式進入管道，獲得1.6℃~3.3℃的升溫。得到的結論：可利用位處恆溫層且兼顧結構的筏基空間，充分利用常年穩定的地下淺層溫能，使整個建築物的室內夏季涼爽、冬季溫暖。建議建築師能善用此一地熱資源，為建築物創造低耗能設計規劃，產生高效率節能屋。

In response to the continued warming of the global climate, Taiwan should be for highly dependent on energy imports.It is an urgent and imperative task for us to implement the policy of green building which is friendly to the earth and protects the environment in high-energy-consuming metropolitan buildings.The underground middle layer basically has the characteristics of constant temperature. Shallow geothermal energy or Earth-Air Heat Exchanger Systems can be used to import into buildings to improve the hot summer and cold winter, but also reduce the carbon footprint of buildings.In this study, numerical evaluation and simulation of raft foundation secondary utilization are carried out based on foreign cases and literature collection, and computational simulation is carried out by using CFD (Computational Fluid Dynamics) software.The results of simulation show that, in the summer, the external air of 35℃ is fed into the pipeline of the raft foundation space at the speed of 2 meters per second by a fan for heat exchange, and the temperature is reduced by 5.5℃ ~ 7.5℃. On the other hand, in winter, the external air of 15℃ is fed into the pipeline in the same way, to obtain 1.6℃ ~ 3.3℃ warming.It is concluded that the raft foundation space, which is located in the thermostatic layer and takes into account the structure, can be utilized to make full use of the stable shallow geothermal energy all the year round so as to make the indoor of the whole building cool in summer and warm in winter.It is suggested that architects should make good use of this geothermal resource to create low energy consumption design plans for buildings and generate efficient energy-saving houses.

目 錄
表 次 IX
圖 次 XI
第一章、 緒　論 1
第一節、 研究背景 1
第二節、 研究動機 2
第三節、 研究目的 3
第二章、 文獻探討 4
第一節、 地-空熱交換器技術 4
第二節、 建築物設計與地下淺層溫能應用 14
第三章、 研究方法 17
第一節、 以筏式基礎地埋管熱交換器設計建模分析 17
第二節、 影響EAHE系統性能的主要原因 21
第三節、 以CFD計算模擬分析 31
第四章、 結果與討論 38
第一節、 夏季冷能成效分析 39
第二節、 冬季暖能成效分析 41
第三節、 管道風速分析 43
第五章、 結論 46
第一節、 以筏式基礎進行土壤與外氣熱交換設計，可達預冷或預暖之目的 46
第二節、 在南台灣氣候條件，經模擬成效計算後應可行 46
第三節、 以節能成效分析 47
參考文獻 50
附錄 54

表 次
表 2 1 印度西部EPAHE* (EARTH-PIPE-AIR HEAT EXCHANGER )的實驗裝置 6
表 2 2 CFD模擬中使用的物理和熱參數 [資料來源：出自(BANSAL ET AL., 2009) ] 7
表 2 3 沿軟鋼管長度不同截面的實驗溫度和模擬溫度的比較[資料來源：出自(BANSAL ET AL., 2009)] 8
表 2 4 CFD模擬中使用的物理和熱參數 [資料來源：出自(BANSAL ET AL., 2009) ] 8
表 2 5 在冬季採暖的實驗和模擬結論 9
表 2 6 沿軟鋼管長度不同截面的實驗溫度和模擬溫度的比較[資料來源：出自(BANSAL ET AL., 2010) ] 11
表 2 7 PVC管長度不同截面實驗溫度與模擬溫度的比較。[資料來源：出自(BANSAL ET AL., 2010) ] 11
表 2 8 在夏季採冷的實驗和模擬結論 12
表 2 9 EAHE設計結果[資料來源：出自(江沅晉 ET AL., 2015)] 13
表 3 1 EAHE設計結果[資料來源：出自(江沅晉 ET AL., 2015)] 22
表 3 2 場域設計條件 32
表 3 3 CFD模擬中使用的物理和熱參數[資料來源：出自(BANSAL ET AL., 2009) ] 35
表 3 4 管道材料及埋設條件 35
表 3 5 鼓風機選用條件(壓送式鼓風機) 36
表 4 1 環境溫度35℃時，出風口模擬結果溫度(℃)及風速(M/S) 39
表4 2 環境溫度15℃時，出風口模擬結果溫度(℃)及風速(M/S) 42
表 5 1 台灣高雄市全年平均溫度 46
表 5 2 以筏基層之地下淺層溫能分析EAHE系統與中央空調FCU系統差異 48
表 5 3 碳足跡碳排放量 49

圖 次
圖 2 1︰EPAHE的實驗裝置 5
圖 2 2︰對於（A）軟鋼管和（B）PVC管，沿管道長度的溫度分佈為出口速度2.0 M/S模擬和實驗 7
圖 2 3︰對於（A）軟鋼管和（B）PVC管，沿管道長度的溫度分佈為出口速度2.0 M/S 模擬和實驗 10
圖 2 4︰沿著管道長度的模擬溫度，用於（A）軟鋼管和（B）PVC管的各種出口速度 10
圖 2 5︰開放式地-空氣熱交換器 14
圖 2 6︰封閉式地-空氣熱交換器 14
圖 3 1︰全棟橫向剖面圖 18
圖 3 2︰筏基層平面圖與用途及埋地管預定位置 20
圖 3 3︰不同流速下之出風溫度累積頻率圖(左) 總冷能能力(右) 25
圖 3 4︰德國地底下深度與溫度情形 27
圖 3 5︰日本西部地區全年土壤溫度分布 27
圖 3 6︰水泥管及PVC管內空氣與外氣氣溫分佈曲線圖 28
圖 3 7︰風扇裝設於地埋管後端(負壓進氣) 29
圖 3 8︰風扇裝設須維持管內正壓 30
圖 3 9︰地埋管搭配 PAH 空調系統 30
圖 3 10︰場域設計集會堂平面圖 33
圖 3 11︰場域設計橫向剖面圖 34
圖 3 12︰EAHE系統模擬分析流程 37
圖 4 1︰土壤預設溫度參數20℃，在地表溫度35℃及15℃的平面折線圖 38
圖 4 2︰土壤全年平均溫度參數25℃，在地表溫度35℃及15℃的平面折線圖 38
圖 4 3︰外氣35℃土壤為預設溫度20℃，以2 M/S風速模擬出風口溫度 39
圖 4 4︰外氣35℃土壤為預設溫度20℃，以2M/S風速模擬出風口溫度 40
圖 4 5︰外氣35℃土壤為全年平均溫度25℃，以2M/S風速模擬出風口溫度 40
圖 4 6︰外氣35℃土壤為全年平均溫度25℃，以2M/S風速模擬出風口溫度 41
圖 4 7︰外氣15℃土壤為預設溫度20℃，以2M/S風速模擬出風口溫度 42
圖 4 8︰外氣15℃土壤為預設溫度20℃，以2M/S風速模擬出風口溫度 42
圖 4 9︰外氣15℃土壤為全年平均溫度25℃，以2M/S風速模擬出風口溫度 43
圖 4 10︰外氣15℃土壤為全年平均溫度25℃，以2M/S風速模擬出風口溫度 43
圖 4 11︰外氣35℃土壤全年平均溫度25℃，以2M/S風速模擬出風口風速情況 44
圖 4 12︰外氣15℃土壤全年平均溫度25℃，以2M/S風速模擬出風口風速情況 44
圖 4 13︰在土壤預設溫度20℃、風速2M/S參數下，模擬計算出風口風速變化差異 45
圖 4 14︰在土壤全年平均溫度25℃、風速2M/S參數下，模擬計算出風口風速變化差異 45

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