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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃鈺翔
研究生(外文):Yu-Shiang Huang
論文名稱:薄層式綠屋頂於不同土層含水量熱收支行為模擬與實驗驗證
論文名稱(外文):Extensive Green Roof Heat Budget Simulation and Experimental Validation in the Case of Different Soil Moisture Contents
指導教授:呂良正呂良正引用關係
口試委員:蔡尤溪陳清楠廖朝軒
口試日期:2015-07-08
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:土木工程學研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:120
中文關鍵詞:綠建築薄層綠屋頂綠屋頂熱收支模擬水分模擬與控制
外文關鍵詞:Green BuildingExtensive Green RoofHeat Budget SimulationWater Content Simulation and Control
相關次數:
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由於全球暖化造成的氣候變遷,極端氣候趨勢愈來愈為顯著,未來的夏天都將面臨更加炎熱的氣候與高用量的夏日空調耗能,為了減少龐大的空調耗能,愈來愈多的建築多採用綠建築策略來減緩氣候變遷造成的影響。
綠建築策略中採各種綠化建築外殼除可阻隔熱流的傳遞、增加外殼的熱質外,植物也可以削減進入建築外殼之太陽輻射,且減少建築物壁面之受熱量進而降低室內溫度,除此之外亦藉由植物生理作用伴隨的熱能釋放幫助建築物散熱,其中以蒸散作用最為顯著,為量化植栽蒸散作用散熱效果,本研究根據文獻之模型與公式撰寫程式模擬植栽土層熱收支行為後進行比較、驗證,以供後續室內溫度或空調耗能模擬。
本研究參考國內外文獻有關研究模擬土壤水分變動趨勢和植栽蒸散模擬,且探討其彼此相依關係,進而透過澆灌量來控制植栽蒸散效果,再由能量平衡去分析整個植栽土壤熱收支行為,最後研究其土壤熱通量之影響,進而利用商業有限元素軟體Abaqus分析其直接對室內溫度造成之除熱效果


Because of the effect of global warming, the electricity consumption in summer has been increasing rapidly. Therefore, this research mainly discusses the different building greening systems in the application to eliminate the thermal effect in building structures.
Constructing greening system on a building envelope can effectively retard the
heat transfer process through the envelope and at the same time increase its thermal mass. Besides, the physiological effects of plants enhance the ability of heat release, which can help cooling the building. Especially, the heat dissipation of evapotranspiration process is the most significant. In order to quantify the effect of evapotranspiration process, the theory and algorithms according to references have been written in MATLAB language then verified by experiments. So that the model can be utilized to simulate indoor temperature or energy consumption.
We study the reference literature related to the soil moisture evapotranspiration simulation about changing trend and effects, and to explore its relationship with each other dependencies. Through the water control the amount of evapotranspiration planting effect, and then to analyze the energy balance of the whole planting soil heat balance behavior.Finally, we study the effect of soil heat flux, and use the software finite element analysis Abaqus of thermal effects in addition to its direct cause of the indoor temperature.



Key word:Green Building, Extensive Green Roof , Heat Budget Simulation, Water
Content Simulation and Control


目錄
口試委員審訂書 II
誌謝 I
摘要 II
目錄 IV
表目錄 XI
圖目錄 XIII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究範圍與限制 2
1.3 研究步驟 3
1.4 各章內容 4
第二章 建築環境控制理論與文獻回顧探討 5
2.1 太陽日照、輻射相關理論 5
2.1.1 太陽輻射能 5
2.1.2 太陽方位角與高度角 7
2.1.3 傾斜面上輻射量 13
2.2 熱傳遞理論 22
2.2.1 傳導 22
2.2.2 對流 22
2.2.3 輻射 23
2.3 植物生理作用 25
2.3.1 文獻回顧 25
2.3.2 光合作用 25
2.3.3 呼吸作用 26
2.3.4 蒸散作用 26
2.3.4.1 Penman-Monteith公式 27
2.3.4.2 FAO Penman-Monteith公式 27
2.3.4.3 由水氣濃度差推定蒸散法 30
2.4 植物與環境熱行為 31
2.4.1 建築外殼實施覆土植栽對日射熱能之熱收支機制 31
2.4.1.1 樹冠反射熱 32
2.4.1.2 樹冠日射熱能消耗 33
2.4.1.3 樹冠水分蒸散潛熱 33
2.4.1.4 土壤水分蒸發潛熱 34
2.4.1.5 土壤熱傳導熱能 34
2.4.2 淨長波輻射 34
2.4.2.1 一般建築外殼淨長波輻射 35
2.4.2.2 綠化外殼淨長波輻射 38
2.5 質能守恆式 39
2.5.1 前言 39
2.5.2 植被土層質能守恆第式 39
2.5.2.1 淨輻射量 40
2.5.2.2 顯熱通量 40
2.5.2.3 潛熱通量 41
2.5.2.4 土壤熱通量 41
2.6 綠建築策略分類—綠化屋頂 41
2.6.1 綠化屋頂之分類 41
2.6.2 綠化屋頂之作用 43
2.6.3 綠化屋頂之案例 44
2.6.4 綠化屋頂案例之施工 45
2.7 綠建築策略分類—綠化壁面 47
2.7.1 綠化壁面之分類 47
2.7.2 綠化壁面之作用 49
2.7.3 綠化壁面之案例 49
2.7.4 綠化壁面之施工 50
第三章 薄層式綠屋頂熱收支計算模擬方法 51
3.1 傳導係數與熱阻 51
3.1.1 熱阻的串連 51
3.1.2 熱阻的並聯 52
3.1.3 薄層式綠屋頂熱阻關係圖 52
3.2 薄層式綠屋頂表面熱收支計算模擬 53
3.2.1 質能守恆式各項計算方法 53
3.2.2 各項熱阻計算方法 55
3.2.2.1 大氣動力熱阻 55
3.2.2.2 植栽冠層表面熱阻 55
3.2.2.3 氣孔熱阻 55
3.2.2.4 土層表面蒸散熱阻(Sellers et al.,1992) 56
3.3 土層體積含水量模擬 57
3.4 水文質能守恆式 58
3.5 室內空氣模擬與模擬軟體 59
3.5.1 有限元素分析軟體Abaqus 59
3.5.2 建立覆土實驗屋3D模型 63
3.5.3 Abaqus輸入條件及參數設定 64
第四章 實驗驗證設計與方法 68
4.1 前言 68
4.2 土壤基本性質試驗 69
4.2.1 土壤單位重試驗 69
4.2.2 土壤含水量試驗 69
4.2.3 比重試驗 70
4.2.4 粒徑分析試驗 71
4.3 定水頭試驗 72
4.3.1 準備工作 72
4.3.2 實驗步驟 72
4.3.3 計算方法 72
4.4 土壤熱傳導係數探測實驗 73
4.4.1 實驗目的 73
4.4.2 實驗儀器 73
4.4.3 實驗過程 73
4.5 秤重法驗證植栽蒸散模擬 74
4.5.1 實驗方法 74
4.5.2 實驗配置 74
4.6 盆箱式保麗龍箱於不同含水量熱收之行為實驗 75
4.6.1 實驗配置 75
4.7 綠屋頂實驗屋現地實驗 76
4.7.1 實驗對象與配置 76
4.7.2 綠化屋頂施工 79
4.7.3 儀器配置 85
第五章 資料蒐集與實驗硬體 86
5.1 前言 86
5.2 實驗硬體設備 86
5.2.1 實驗屋數據量測 86
5.2.2 葉面積指標量測 88
5.2.3 實驗屋參數設定與計算 90
5.2.3.1 材料性質 90
5.2.3.2 建築外殼熱傳透率計算 90
5.2.3.3 建築立面輻射配置 92
第六章 實驗結果與討論 95
6.1 土壤基本試驗結果 95
6.1.1 土壤單位重試驗 95
6.1.2 土壤含水量試驗 95
6.1.3 比重試驗結果 96
6.1.4 粒徑分析試驗結果 96
6.1.5 土壤基本參數計算 97
6.2 定水頭試驗結果 99
6.3 土壤熱傳導係數實驗結果 100
6.4 秤重法驗證蒸散潛熱通量與熱收支模擬驗證土壤熱通量 100
6.5 盆栽式保麗龍箱實驗結果 102
6.6 從植栽蒸散模擬觀察薄層式綠屋頂含水量變化 110
6.7 薄層式綠屋頂現地實驗結果 111
第七章 結論與未來展望 113
7.1 結論 113
7.2 未來展望 114
參考文獻 115


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