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研究生:林佑璇
研究生(外文):You-Syuang Lin
論文名稱:蒸發冷卻應用於隧道降溫與通風設備之耗能模擬分析
論文名稱(外文):Simulation of Cooling and Energy Consumption of Subway Tunnel Utilizing Evaporative Cooling Technology
指導教授:柯明村
口試委員:鄭鴻斌李佳言陳希立
口試日期:2012-06-16
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:能源與冷凍空調工程系碩士班
學門:工程學門
學類:其他工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:74
中文關鍵詞:隧道通風捷運車站活塞效應蒸發冷卻
外文關鍵詞:Tunnel VentilationUnderground subway stationPiston effectEvaporative Cooling
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一般地下捷運會利用列車行進時所產生的活塞效應(Piston Effect),使隧道空氣流動形成壓力氣流經由釋壓井來與外界空氣做熱交換,降低隧道內之溫度。但僅靠活塞效應是無法將大量熱量排除,大都以機械式通風來冷卻車站與隧道之溫度,便可以快速解決溫度上升之問題。機械式通風是透過增加風機的容量來達到降低所需之溫度,而相對的電費成本也會隨之提高,故本論文主要是探討將蒸發式冷卻設備架設於隧道內,且在不違背設計規範條件下,分析環控系統中的風機耗能比較,研究所採用的模擬程式為地下鐵環控模擬程式(Subway Environmental Simulation Program,SES),以台北某地下捷運之幾何形狀及運轉條件為主。本研究發現軌道排風機設計風量為10 m3/s,隧道溫度會超過規範要求37℃,需將設計風量提升為20 m3/s,才能符合規範;因此,若將軌道排風機之風量設計為10 m3/s並搭配蒸發式冷卻時,整體平均溫度雖然高於只開軌道排風機之風量為20 m3/s,但亦能滿足規範要求,且軌道排風機消耗功率也因此降低。風機之風量在20 m3/s的每月消耗功率為83,328 kWh;風機之風量在10 m3/s的每月消耗功率則為56,544 kWh。換言之,軌道排風機設計風量為10 m3/s並搭配蒸發式冷卻,可比原先只開軌道排風機風量為20 m3/s節省了26,784 kWh,其節能率為32.1%。另外,在軌道排風機設計風量為10 m3/s時,其蒸發冷卻的隧道總冷卻能力為71,064 kcal/hr。

MRT utilizes Piston Effect created by the operating subway to exchange the heat between outer air via the vent shaft and the air flow in the tunnel and to transfer to pressure flow. However, Piston Effect could not only take off plenty of heat but mechanical ventilation also is used to cool the station and tunnel too quickly solving the problem of rising temperature. Mechanical ventilation can successfully cool down the tunnel to a specific temperature by enhancing the air flow but it may relatively increase the electrical bill. Therefore, this paper analyzes energy consumption of fan with installing the evaporative cooling equipment in Environmental Control System.
The subway simulation program named Subway Environmental Simulation (SES) is utilized to analyze the underground Taipei MRT system with and without platform screen doors to study and compare the energy consumption. The full-scale geometrical parameters and operational conditions in summer of Taipei city were input.
The study not only conforms to the regular but also reduce the power consumption by utilizing evaporative cooling equipment with 10 m3/s TEF even if the general temperature is higher that with 20 m3/s. The monthly power consumption is 56,544 kWh with 20 m3/s TEF and 56,544 kWh with 10 m3/s TEF. In other words, it could save 26,784kWh energy while using evaporative cooling equipment with 10m3/s TEF and that is much better than the one with 20 m3/s. Moreover, the total effectiveness of evaporative cooling is 71,064 kcal/hr while the flow rate of Track way Exhaust Fan is 10m3/s.

摘 要 ......................i
ABSTRACT ......................ii
誌 謝 ......................iv
目 錄 ......................v
表目錄 ......................viii
圖目錄 ......................ix
第一章 緒論 ......................1
1.1 前言 ......................1
1.2 研究方法 ..............2
1.3 文獻回顧 ..............2
第二章 隧道通風及蒸發冷卻系統 ......6
2.1 地下捷運通風系統 ......6
2.2 隧道通風設計 ..............8
2.2.1 隧道通風設備 ..............8
2.2.2 風機理論 ..............12
2.3 蒸發式冷卻 ..............13
2.3.1 蒸發式冷卻概述 ..............13
2.3.2 蒸發式冷卻理論分析............15
第三章 地鐵環控模擬(SES)程式模擬分析.17
3.1 地下鐵環境模擬程式簡介 ......17
3.2 地下鐵環境模擬程式架構 ......17
3.2.1 SES程式版本 ..............17
3.2.2 SES程式適用範圍 ..............18
3.2.3 SES程式架構 ..............19
3.2.4 SES程式模擬流程 ..............25
3.2.5 SES程式輸入資料 ..............26
3.3 SES程式之熱負荷 ..............27
3.3.1 隧道內部熱獲得 ..............28
3.3.2 傳導熱負荷 ..............31
3.3.3 通風熱負荷 ..............31
第四章 隧道通風模擬設計條件 ......33
4.1 地下捷運系統說明 ......33
4.1.1 車站區域 ..............33
4.1.2 橫渡線 ......................34
4.1.3 隧道區域 ..............34
4.1.4 通風井 ......................35
4.1.5 車站通風系統 ..............36
4.1.6 月台下方排氣系統 ......36
4.2 SES模擬設計參數 ..............37
4.2.1 外氣設計條件 ..............37
4.2.2 列車模擬參數 ..............39
4.2.3 土壤模擬參數 ..............40
4.2.4 隧道及通風管道之頭損 ......40
4.2.5 旅運量資料 ..............41
4.2.6 隧道之節點及線性區段 ......42
4.3 蒸發式冷卻設計參數及位置......46
4.3.1 蒸發式冷卻設計參數 ......46
4.3.2 蒸發式冷卻模擬位置 ......46
第五章 模擬結果分析與討論 ......47
5.1 傳統型隧道溫度環控模擬分析....47
5.2 架設蒸發式冷卻於隧道內之溫度模擬分析.....53
5.2.1 傳統型隧道溫度環控加設蒸發式冷卻(位置A)..53
5.2.2 改變蒸發式冷卻設備位置(位置B)之降溫效果..57
第六章 結論 .................................66
參考文獻 .................................68
符號彙編 .................................71



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