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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:巫程宏
研究生(外文):Cheng-Hung Wu
論文名稱:不同尺度地下風室系統之預冷效能評估
論文名稱(外文):The Assessment Study of Pre-cooling Effect with Different Scale-type of Underground Cool-Shed System
指導教授:江哲銘江哲銘引用關係張珩張珩引用關係
指導教授(外文):Che-Ming ChiangZheng,Heng
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:建築學系碩博士班
學門:建築及都市規劃學門
學類:建築學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:119
中文關鍵詞:電腦流體計算數值解析地下風室通風系統外氣預冷換氣量
外文關鍵詞:underground cool-shed systemair exchange rateoutdoor air pre-coolingCFD
相關次數:
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本研究探討在亞熱帶氣候條件下,利用地下風室系統來幫助降低空調負荷的通風形式。該通風系統的基本概念為:在引入外氣的同時,利用地層溫度使外氣率先預冷或預熱,進而降低於引入外氣時所造成的額外室內空調負荷。研究操作上,以台灣實行地下風道預冷系統的建築空間(位於高雄)為實測及模擬空間對象,針對該系統在外氣預冷能力的表現為討論主軸。初步對案例進行實測調查,並以實測資料為基礎,進行CFD初步模擬以比對,確立CFD模擬應用於風室系統之可信度。而後依據實測案例所處之外環境氣候條件,以CFD軟體進行設定,模擬風室系統在不同尺寸條件下的降溫效能,選用並提出適當的使用模式,希望能在健康、舒適、省能三者間取得平衡。模擬結果可作為風室系統實際運用於建物上之效益評估。期望能建立該系統於亞熱帶氣候下,適當的使用方式,作為未來建築物在引入外氣的新選擇。
本研究之研究目的與方法分述如下:

■ 研究目的
一、討論風室系統應用於亞熱帶氣候時,對室內降溫的效益。
二、討論不同尺寸條件的風室系統對降溫能力的影響。
三、綜合各項變因,討倫風室系統適當的使用模式。

■ 研究方法
一、本研究以高雄市下水道養工處辦公室建築空間為風室系統實測對象及室內空間之模擬討論對象。

二、根據台灣氣候條件並歸納分析近五年之逐月平均氣溫資料,模擬台灣南部夏季氣候,模擬案例空間於自然通風狀態下,使用地下風室系統的狀況。

三、應用CFD數值解析方式進行地下風室氣流場及溫場解析,討論地下風室對外氣之降溫情形。

四、透過應用統計分析方法,評估室內通風效益以及溫熱環境之降溫效益,建立地下風道系統較佳的使用模式。

■ 研究結果
1. 地下降溫風室,於台灣夏季的外氣氣候條件下,同截面積之室型,以室長8~12m的模組在長度對降溫能力之增益表現較佳。
2. 地下風室截面積高度的增加,因空氣熱對流的特性,相較於對風室室寬的增加,外氣降溫的效果明顯,設計時可考量此特性。
3. 地下風室壁面積的增加,對降溫能力的影響為正相關,R2達0.74,但降溫增益的狀態並不穩定,與上述之風室室高影響有相當程度的關連。
4. 依據長時監測結果,顯示地下風室應用於台灣氣候時,有明顯的外氣降溫效果,其預冷能力隨外氣平均氣溫的上昇而增加。並在進入夏季後,單日內能有4.5小時以上超過1℃的降溫效果,對日間室內空調節能有相當助益。
6. 綜合建議—於台灣的夏季氣候時,綜合各項評估因子,地下風道系統的設置長度以8~12m較為經濟;考量兼顧健康及舒適性,建議可搭配機械抽風系統使用,以符合對室內換氣量的需求。
This research studied on the ventilation type using underground cool-shed system assisting in pre-cooling of outdoor air and lowering air-condition load within subtropical climate. The concept of cool-shed system is using the constant temperature of superficial ground layer to pre-cool / heat outdoor air before drawn to indoor spaces. This research selected an existed building equipped with underground cool-shed system located in Kaohsiung for long-tern monitoring, and contrasted the monitoring data with the CFD results for correction of the simulation inaccuracies. The CFD simulation studied on the performances of different scale-type of underground cool-shed system. The results could be a reference for future ventilation design.
■ Purpose
1. Discuss the benefit of indoor temperature drop by using underground cool-shed
system in subtropical climate
2. Discuss the influence on pre-cooling performance of different scale-type of underground cool-shed system.
3. Establish a using reference for underground cool-shed system.
■ Method
1. The study selected an existed building equipped with underground cool-shed system located in Kaohsiung for long-tern monitoring and for CFD simulation model.
2. Simulate the monitored indoor space using underground cool-shed system without any ventilation facilities.
3. Analyze the cool-shed’s thermal and air flow condition, then leveling the pre-cooling performance.
4. Establish an appropriate using reference for underground cool-shed system.

■ Result
1. The length of cool-shed has a better performance range between 8~12m.
2. The height of cool-shed section did an obvious influence on cooling ability.
3. The increase of inner-wall’s area has a positive correlation with cooling ability. The R2 value reached 0.74, but the tendency of cooling ability wasn’t stable.
4. Long-tern monitoring result shows that the underground cool-shed system is effective in outdoor air pre-cooling, and the system could achieve 4.5 hours having a indoor temperature decrease over 1℃ in summer.
5. Conclusion: the length underground cool-shed ranged between 8~14m is more economical. Consider “health” and “comfort”, setting ventilators to co-operate with underground cool-shed system may satisfy the requirement of indoor ventilation.
表目錄 III
圖目錄 V
第一章 緒論 1-1
1-1 研究動機與目的 1-1
1-1-1 研究動機 1-1
1-1-2 研究目的 1-5
1-2 相關文獻回顧 1-6
1-2-1 自然通風之物理機制 1-6
1-2-2 通風形式相關文獻 1-6
1-2-3 CFD電腦模擬氣流場相關文獻 1-8
1-2-4 混合通風與節能相關文獻 1-9
1-2-5 地下風道應用相關文獻 1-9
1-2-6 室內空氣環境評估指標相關文獻 1-9
1-2-7 前期研究 1-10
1-2-8 評估依據 1-12
1-3 研究範圍 1-13
1-3-1研究內容概要 1-13
1-4 研究架構與流程 1-16
第二章 研究方法 2-1
2-1地區氣候環境條件 2-2
2-1-1 台灣地區室外氣候環境概況 2-2
2-1-2 實測案例空間外部空氣環境現況 2-6
2-1-3 台灣辦公空間室內空氣環境現況 2-7
2-1-4 自然通風策略 2-9
2-2 應用地下風道風室空間之CFD模擬數值及變因設定 2-12
2-2-1 應用地下風道系統之室內空間設定背景 2-12
2-2-2 外環境條件設定 2-14
2-2-3 受風室內空間開口模式設定 2-16
2-2-4 風道系統應用配置設定 2-17
2-2-5 室內空間條件設定 2-19
2-2-6 變因設定表 2-21
2-3 評估方式選定 2-22
2-3-1 換氣效率評估準則 2-23
2-3-2 室內溫度之評估原則 2-26
2-3-3 室內氣流之評估原則 2-27
2-3-4 地下風室降溫與換氣效益評估 2-28
第三章 地下風道應用空間之案例實測與CFD數值模擬 3-1
3-1 案例實測 3-1
3-1-1 佈點與實測方式 3-1
3-1-2 使用器材 3-2
3-1-3 初勘結果 3-3
3-2 建築流場之CFD數值模擬應用 3-5
3-2-1 近代流體力學於建築流場之發展與應用 3-5
3-2-2 CFD數值模擬電腦軟體使用流程 3-8
3-2-3 CFD數值模擬之解析方式 3-9
3-2-4 紊流模型選定 3-11
3-3 辦公室單元空間之流場模擬 3-15
3-3-1 解析計算域之假設 3-15
3-3-2 CFD數值解析步驟說明 3-16
3-3-3 數值模擬模型與邊界條件之設定 3-17
3-3-4 數值模擬模型格點系統設定 3-21
3-3-5 數值模擬鬆弛係數與收斂條件設定 3-24
3-4 數值模擬解析結果 3-26
第四章 地下風室長時監測與數值模擬結果分析 4-1
4-1 長時監測 4-1
4-1-1 長時監測結果分析 4-1
4-1-2 案例實測小結 4-6
4-2 不同尺度地下風室對降溫效益影響強度探討 4-8
4-2-1 分析架構流程 4-8
4-2-2 不同風室截面積對降溫效能之影響 4-11
4-2-3 不同風室壁面積對降溫效能之影響 4-13
4-3 地下風室之溫場與氣流場解析 4-14
4-3-1 解析方式 4-14
4-3-2 風室溫度場解析 4-15
4-3-3 風室氣流場解析 4-20
4-4 地下風室降溫與換氣效益評估 4-23
4-4-1 風室降溫效益評估 4-23
4-4-2 換氣效益評估 4-24
4-5 小結 4-26
第五章 結論與建議 5-1
5-1 結論 5-1
5-2 後續研究建議 5-3
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