無冷氣教室使用吊扇通風之室內溫度分析


遠東科技大學機械工程系碩士在職專班
摘要
本文探討小學普通教室，內部有20位學生，假設於六月下午3點、外界溫度為32度，利用商用軟體ANSYS進行模擬分析，無冷氣教室使用吊扇通風之溫度分析。
經由數值計算結果，發現在自然通風下，教室內的流場速度都保持在0.3m/s以下，屬於無感氣流狀態；而搭配吊扇使用後的教室流場擾動狀況比較明顯，整間教室的平均氣流速度也都能保持在1m/s以下，不會因為風速過快而造成風擊，因此上課的同學不會感到不舒服。
教室內的上氣窗開不開啟，對於室內通風效益是有影響的。而吊扇的配置也能達到改善教室的通風效果。其中，四座吊扇全部開啟影響教室內溫度分佈與氣流場最大，再來是開啟前面兩吊扇，或是開啟對角兩吊扇，最後才是開啟窗戶旁邊的兩吊扇。
自然通風下，教室內的溫度場分布平均，而搭配吊扇使用後的教室溫度場也能有效降溫。如果再搭配速度場的影響，體感溫度會因此下降，而提高學生在教室上課的舒適度。




關鍵字:自然通風、室內通風、吊扇

Indoor temperature analysis for ceiling fan ventilation in a classroom without air-conditioning


Department of Mechanical Engineering
Far East University

ABSTRACT
This article explores the indoor air quality and the temperature analysis of a classroom where used ceiling fans without air-conditioning. The hypothesis of this study is about the ANSYS’s simulation analysis of a primary school’s classroom which has 20 pupils and the outdoor temperature of 32°C at 3:00 p.m. in June.
The study found the speed of flow field in the classroom is kept below 0.3m/s under the natural ventilation situation, the physical senses of airflow is near to have no feeling. On the other hand, the turbulence of airflow is more apparently in a classroom with ceiling fans. The average airflow velocity is kept below 1m/s, hence, students will not feel uncomfortable because of the steady wind speed.
The influence of indoor air quality and natural ventilation is very clearly if the window ventilators are closed in the classroom. The four ceiling fans’ layouts can also improve the ventilation of the classroom. In particular, to open all ceiling fans will have the greatest impact on the indoor temperature and flow field in the classroom. Secondly impact is to open the two ceiling fans in front or at opposite corners. Lastly, the slight impact on the air turbulence is to open the two ceiling fans next to the open window.
The classroom’s temperature can be decreased effectively by use of the ceiling fans and its indoor temperature field is evenly under natural ventilation. Plus, the apparent temperature will drop when combined with the effects of the indoor velocity field, and the comfort level of the classroom will improve for these students.












Keywords: natural ventilation, indoor ventilation, ceiling fan

致謝 I
摘要 II
ABSTRACT III
目錄 V
表目錄 VIII
圖目錄 IX
符號索引 XIII
第 一 章 緒論 1
1-1研究背景 1
1-2研究動機 1
1-3研究目的 2
1-4研究問題 2
1-5研究流程架構 3
1-6研究限制 3
第 二 章 文獻回顧與相關理論 4
2-1通風原理 4
2-2建築物通風方式 4
2-3通風換氣的目的 6
2-4 室內空氣環境影響人體熱舒適的因子 7
2-5國內自然通風換氣相關研究 9
第 三 章 研究設定 12
3-1教室空間模擬設定 12
3-2計算條件的設定與依據 12
3-2-1台南地區氣候特徵 12
3-2-2開口部型態 14
3-3數值模擬 14
3-3-1控制方程式 14
3-3-2 邊界條件 16
3-3-3 控制方程式之離散化 17
3-3-4 數值方法 17
3-3-5收斂條件 18
3-3-6 格點測試 18
3-4監控點的設定與依據 18
第 四 章 結果與討論 20
4-1自然通風與搭配吊扇使用的室內流場與溫度場的分布狀況 21
4-1-1 「case 1 和 case 6速度場分布現象之比較」 21
4-1-2 「case 2 和 case 7速度場分布現象之比較」 22
4-1-3 「case 3 和 case 8速度場分布現象之比較」 22
4-1-4 「case 4 和 case 9速度場分布現象之比較」 22
4-1-5 「case 5 和 case 10速度場分布現象之比較」 23
4-1-6 「case 1 和 case 6溫度場分布現象之比較」 23
4-1-7 「case 2 和 case 7溫度場分布現象之比較」 23
4-1-8 「case 3 和 case 8溫度場分布現象之比較」 23
4-1-9 「case 4 和 case 9溫度場分布現象之比較」 24
4-1-10 「case 5 和 case 10溫度場分布現象之比較」 24
4-2上氣窗對室內通風效益之影響 48
4-2-1速度場分析 48
4-2-2溫度場分析 56
4-3吊扇配置對室內氣流環境、溫度分佈之影響 63
4-3-1教室內風速舒適性評估 63
4-3-2教室內溫度舒適性評估 64
4-3-3平均溫度相對百分比 64
第 五 章 結論與建議 66
5-1結論 66
5-2建議與未來方向 67
參考文獻 68

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