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系統識別號 U0026-0812200912044168
論文名稱(中文) 雙層屋頂搭配太子樓構造對室內自然通風效果影響之研究-以國民小學教室單元為例
論文名稱(英文) A Study on the Influence of Double Layer Roof included Covered Ridge with Sidewall Openings on Indoor Natural Ventilation─Implementation in Elementary school classroom building
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 建築學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Architecture
學年度 94
學期 2
出版年 95
研究生(中文) 黃鈺純
研究生(英文) Yu-Chun Huang
電子信箱 n7693134@mail.ncku.edu.tw
學號 n7693134
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 117頁
口試委員 指導教授-江哲銘
口試委員-賴榮平
口試委員-周伯丞
中文關鍵字 室內平均溫度  換氣次數  熱浮力通風  太子樓  雙層屋頂 
英文關鍵字 covered ridge with sidewall openings  double layer roof  ACH  buoyancy ventilation  indoor average temperature 
學科別分類
中文摘要 本研究以台灣現存學校教室單元空間自然通風之現況,因傳統國民中小學普通教室多為自然通風空間,又台灣位於環熱帶圈,太陽高度角長時間大於天頂角,夏季時透過屋頂天花部所得到之熱得最高,因此頂層之教室空間更常有悶熱空氣不流通之現象。並且自921地震後,政府漸鼓勵斜屋頂之設計,因此參考國內現有雙層屋頂設計,以及雙層屋頂構造之相關研究,本研究針對利用雙層屋頂內置空氣層其自身具有隔熱之特色,以相關實驗結果選擇較佳之雙層屋頂構造形式,進行教室空間之足尺CFD模擬,藉此探討雙層屋頂不同之屋脊開口形式及開窗方式所產生之熱浮力現象,以評估驅動室內氣流場之效益,並同時藉由空氣之流通使室內溫熱環境維持舒適範圍。以「健康性」、「舒適性」為目標,建立本土化參考資料,提供未來建築物室內自然通風設計之選擇。

研究目的
一、探討雙層屋頂相較於單層屋頂所增加之自然通風效益
二、探討屋脊口及開窗方式對室內氣流場之影響
三、建構不同雙層屋頂設計對於室內自然通風效果之綜合檢索

研究方法
一、文獻資料蒐集與整理
二、雙層屋頂搭配太子樓構造之教室空間足尺CFD數值模擬
三、根據CFD模擬結果,探討各變因對自然通風效益之影響程度

研究結果
關窗狀態探討:
一、原型教室(單層屋頂)增設太子樓時,可增加換氣次數0.65h-1(約為22.29倍),同時室內平均溫度降低1度(降低3%)。
二、原型教室(單層屋頂)增設雙層屋頂搭配太子樓構造時,可增加換氣次數0.75h-1(約為25.55倍),同時室內平均溫度降低2.5度(降低7%)。
三、單層屋頂搭配太子樓構造增設為雙層屋頂搭配太子樓構造時,可增加換氣次數0.1 h-1(約為1.15倍),同時室內平均溫度降低1.5度(降低5%)。
四、屋脊口開啟時,可增加換氣次數0.73 h-1(約為14.9倍),同時室內平均溫度降低1度(降低3%)。

雙層屋頂搭配太子樓模式之開窗方式探討:(加成效果探討)
一、開一般窗比關窗增加換氣次數1.44 h-1(約為2.9倍),室內平均溫度降低1.7度約降低6%)。
二、開高低窗比關窗增加換氣次數2.65 h-1(約為4.4倍),室內平均溫度降低1.5度(降低5%)。
三、開高低窗比開一般窗增加換氣次數1.21 h-1(約為1.5倍),室內平均溫度則較無影響(平均溫度稍微增加1%)。




英文摘要 In Taiwan, the traditional classroom much is natural ventilation space, and Taiwan located on in pan-tropical zone, the high angle of the sun is greater than the vertex angle of day for a long time. In summer most heat is got through roof ceiling, so classroom spaces of top floor have sultry phenomenon that air does not circulate often. And after 921 earthquakes, the government encourages inclined the pitched roofs design, so consult double layer roof design and related researches, choosing the best double layer roof structural form according to the previous experimental result, being numerical analysis of the actual size classroom by CFD. According to the discussion of the interior air field on different design, we could analyze the benefit of natural ventilation by increasing the outdoor air into the interior. At the meanwhile, we could keep the temperature in a comfortable zone by the air flow. Our goal is “Healthy and Comfortable”. And build up the local reference to provide some advices to future design of interior ventilation.

Purpose
1.Inquire into the benefit of natural ventilation in compared with double layer roof and single layer roof.
2.Inquire into the influence of roof ridge and window opening method on the indoor air field.
3.Construct Inspectional form for the influence of the indoor natural ventilation on difference double layer roof design.

Approach
1.The reference data collection and sorting
2.Numerical analysis of the classroom included Double layer roof with CRSO (covered ridge with sidewall openings) by CFD.
3.According to the result of CFD, inquire into the influence degree of natural ventilation benefit by different design.


Result

Closing window appearance study:
1.When the prototype classroom (single layer roof) increased to establish the CRSO (covered ridge with sidewall openings), it increase 0.65 ACH (about 2229%), and reduced 1 degree (reduce 3%).
2.When the prototype classroom (single layer roof) increased to establish the double layer roof with CRSO, it increase 0.75 ACH (about 2555%), and reduced 2.5 degree (reduce 7%).
3.When the single layer roof with CRSO increased to establish the double layer roof with CRSO, it increase 0.1 ACH (about 115%), and reduced 1.5 degrees (reduce 5%).
4.When the roof ridge open, it increase 0.73 ACH (about 1490%), and reduced 1 degree (reduce 3%).

The window opening method study of Double layer roof with CRSO:
(Add the result fruit study)
1.Opening the general window compared to closing the window increase 1.44 ACH (about 290%), and reduces 1.7 degrees (reduce 6%).
2.Opening the high-low window compared to closing the window increase 2.65 ACH (about 440%), and reduces 1.5 degrees (reduce 5%)
3.Opening the high-low window compared to opening the general window increase t 1.21 ACH (about 150%), and the temperature then has no influence more.( increases 1% a little bit).


論文目次 章節目錄
中英文摘要
誌謝
章節目錄
表目錄
圖目錄
符號說明

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1-4
1—2相關文獻回顧1-5
1—3研究內容與範圍1-13
1-3-1 研究內容概要1-13
1-3-2 研究範圍1-14
1—4研究架構與流程1-15

第二章 研究方法2-1
2—1台灣地區空氣環境現況2-1
2-1-1 建築外部空氣環境現況2-1
2-1-2 自然通風策略2-3
2-1-3 建築內部空氣環境現況2-4
2—2雙層屋頂教室單元CFD數值模擬之相關變因設定2-5
2-2-1 教室單元背景設定與變因選定2-5
2-2-2 外界環境條件設定2-8
2-2-3 教室屋頂構造設定2-11
2-2-4 開口模式設定2-14
2-2-5 室內熱源設定2-16
2—3評估方式選定2-18
2-3-1 室內溫度評估原則2-19
2-3-2 換氣效率評估原則2-20

第三章 雙層屋頂教室單元CFD數值模擬3-1
3—1自然通風之CFD數值模擬應用3-1
3-1-1 近代流體力學於建築流場之發展與應用3-1
3-1-2 CFD數值模擬電腦軟體使用流程3-4
3-1-3 紊流模型選定3-5
3-1-4 CFD數值模擬之解析方式3-8
3—2雙層屋頂教室單元CFD數值模擬設定3-11
3-2-1 雙層屋頂教室單元CFD數值模擬步驟流程3-11
3-2-2 雙層屋頂教室單元CFD數值模擬流場之基本假設3-12
3-2-3 雙層屋頂教室單元CFD數值模擬模型與邊界條件設定3-14
3-2-4 雙層屋頂教室單元CFD數值模擬格點系統設定3-20
3-2-5 雙層屋頂教室單元CFD數值模擬鬆弛係數與收斂條件設定3-22
3—3雙層屋頂構造與熱傳遞係數設定3-24
3-3-1 屋頂單元實驗系統3-24
3-3-2 屋頂單元CFD數值模擬模型與邊界條件設定3-28
3-3-3 屋頂單元CFD數值模擬結果3-32
3-3-4 屋頂單元CFD數值模擬與實驗數據比對3-34
3—4 雙層屋頂教室單元CFD數值模擬結果3-38

第四章 雙層屋頂教室單元CFD數值模擬結果分析4-1
4—1雙層屋頂教室單元CFD數值模擬結果分析4-1
4-1-1 單層屋頂與雙層屋頂對室內自然通風影響強度探討4-4
4-1-2原型與雙層屋頂搭配太子樓模式對室內自然通風之影響4-6
4-1-3 原型與單層屋頂搭配太子樓模式對室內自然通風之影響4-8
4-1-4屋脊口關閉與屋脊口開啟對室內自然通風影響強度探討4-10
4-1-5關窗與開一般窗與開高低窗對自然通風影響強度探討4-12
4—2小結4-16

第五章 結論與建議5-1
5—1結論5-1
5—2後續研究建議5-4

參考文獻Ref-1
附錄App-1
附錄一 教室模式1之穩態氣流場PHOENICS解析設定值Q1檔App-1
著者簡歷與著作權聲明
參考文獻 參考文獻

一、中文文獻部分(依中文姓氏第一個字筆劃排序)
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三、日文文獻部分
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Q3.工業技術研究院太陽光電資訊網http://www.solarpv.org.tw/aboutus/sense/principle.asp
Q4.台灣電力公司http://www.taipower.com.tw
Q5.行政院環境保護署http://www.epa.gov.tw/main/index.asp
Q6.南投縣政府http://www.nantou.gov.tw


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