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系統識別號 U0026-0812200913464167
論文名稱(中文) 混合通風系統對室內通風效益影響之研究--以雙層屋頂搭配排風扇之教室單元為例
論文名稱(英文) A Study on the Influence of the Ventilation Efficiency in a Room with Hybrid Ventilation-- Case Study of School Building with Allocation of the Double Layer Roof and Exhaust Fan
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 95
學期 2
出版年 96
研究生(中文) 吳印浴
研究生(英文) Yen-Yu Wu
學號 n7694432
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 148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 混合通風  室內空氣品質  教室  排風扇  雙層屋頂 
英文關鍵字 Indoor Air Quality  Hybrid Ventilation  Double Layer Roof  Exhaust Fan  Classroom 
學科別分類
中文摘要 基於永續、環保及健康之考量,針對台灣之亞熱帶氣候,以自然通風為前提,藉由加入風扇設備成為混合通風系統,因應節氣不同找尋最佳化通風模式。以台灣現存教室單元空間室內空氣品質問題嚴重為出發點,以解決教室空間空氣悶熱空氣不流通之現象。嘗試有別於傳統之自然通風模式並符合永續健康之理念,採用雙層屋頂之熱浮力原理搭配符合氣流方向之上吹氣流排風扇模式為研究對象,以追求效率為原則,探討何種排風扇配置模式及風量為較佳之使用方式,以達到「健康性」、「舒適性」之目的。企圖提出在台灣高溫高濕環境特色下,通風效益不佳季節條件之解決對策,達到因地制宜之「節能」、「健康」永續目標;並建立「順應環境的通風型態」,且能在健康舒適節能需求之間求得最佳解決方案,以達到利用自然能源、節省人工耗能與健康舒適的室內環境,對居住者健康與舒適有所貢獻。

■ 研究目的
一、探討自然通風時段與混合通風風扇使用時段
二、探討屋脊口有無裝設排風扇對室內通風效益之影響
三、探討風扇配置對室內溫度分佈、污染物濃度、氣流環境之影響
四、探討不同風量模組,建構風扇最佳使用模式及開啟時段


■ 研究方法
一、本研究選定長寬高為9m╳7.5m╳3m之教室尺寸作為探討空間。
二、相關文獻資料之蒐集與整理比對。
三、以台灣氣候條件為例,分析近十年氣候資料進行模擬設定。
四、應用CFD數值解析方式進行室內氣流場、溫度場及污染物濃度場之結果解
析,並利用電腦進行室內環境可視化分析。
五、應用統計分析方法,將結果轉換成適合亞熱帶氣候之風扇設計之參考依據。
■ 研究結果
一、自然通風時段與混合通風風扇使用時段
1.自然通風:當風速大於2m/s時,利用雙層屋頂屋脊口開啟自然通風之方式可達到室內之健康性,使室內CO2濃度維持在1000ppm以下。
2.混合通風:當風速小於2 m/s時,可利用混合通風之排風扇設備輔助,使室內CO2濃度能夠維持在1000ppm以下。
二、裝設排風扇對室內通風效益之影響
1. 溫熱環境:裝設排風扇Fan01模式在通風量100CMM時,其室內呼吸區域平均溫度為30.7℃; Fan02模式在通風量75CMM時,其室內呼吸區域平均溫度為30.6℃; Fan03模式在通風量125CMM時,其室內呼吸區域平均溫度為30.3℃,皆小於無裝設排風扇 (30.8℃)時。
2. CO2濃度:加裝排風扇對室內通風效益實有助益,無裝設排風扇時,換氣次數僅為0.63h-1,室內平均CO2濃度高達2658ppm,排風扇能有效移除室內污染源。
三、排風扇配置對室內溫度分佈、污染物濃度、氣流環境之影響
1. 溫熱環境:排風扇配置模式Fan03對室內溫熱舒適有最佳之效果,通風量125
CMM時,呼吸區域平均溫度亦維持30.3℃,考量室內溫熱之舒適性以排風扇配置模式Fan03為佳。
2. CO2濃度:以相同通風量條件來說,Fan01 CO2濃度<Fan02 CO2濃度<Fan03 CO2濃度,顯示Fan01模式對室內環境之健康性有最佳之效果。
3.氣流環境:排風扇之氣流方向為上吹氣流,各種模式之風擊均能滿足ASHRAE規範之A級標準(DR≦15﹪)。
四、風扇使用模式之建議
1.排風扇啟用時機:教室使用人數為30人,經過25分鐘後,室內CO2濃度即會超過1000ppm,建議於上課後25分鐘左右即可開啟排風扇。
2.風量調變:混合通風系統使用策略可依照內部使用人數不同做調變,不同使用人數所需之換氣量如表4-4-4所列。
英文摘要 ■ Introduction
Based on the consideration of sustainable, the environmental protection and healthy, take natural ventilation as the premise. According to the subtropics climate of Taiwan, collocate the double layer roof and exhaust fan to turn into the hybrid ventilation to explore optimization system. In Taiwan, the IAQ was almost not good in traditional classroom so have to improve the indoor environment to become more healthful and comfortable. The research aims to treat the influence of different exhaust fan disposition way to improve indoor environment quality and conform to the goal of sustainable and healthy. Establish a climatization ventilation system to obtain the best solution between the health and save energy.

■ Research Purpose
1.Manage a modeling on exhaust fan to influence ventilating benefit in the classroom.
2.Inquire into the influence of exhaust fan disposition way on the indoor air field,
contamination concentration field and temperature field.
3.Construct the best use pattern form for the influence of the ventilation efficiency on
different ventilation design.

■ Method
1.This research selects the length, width, height of 9m * 3.5m * 3m for the classroom
space measurement.
2.The reference data collection and sorting.
3.According to the climate in Taiwan, analysis the data then feedbacks the result to
the parameter that CFD number value analyzes to establish.

4.Use CFD analyze the way, predict that indoor air field, contamination concentration
field and temperature field, then utilize a computer to conduct the visual analysis.
5.Return to the analytical method through counting, transform the result becoming to
reference of ventilator design for subtropics climate.

■ Discussion
1. The benefit of installing exhaust fan: It can reduced 0.1 degree when ventilation amount of exhaust fan01 is 100CMM. It can reduced 0.2 degree when ventilation amount of exhaust fan02 is 75CMM. It can reduced 0.5 degree when ventilation amount of exhaust fan03 is 125CMM.
2.The benefit of installing exhaust fan: It can improve indoor air quality by using exhaust fan . In the Same environmental condition, the contamination concentration of CO2: Fan03>Fan023>Fan01.
3. Generally speaking, the draft rate(DR) of all kinds of exhaust fan disposition way
is under the A grade, 15﹪.
4. Suggested turning on exhaust fan when attending class after 25 minutes, if there are 30 students in classroom.
5. Based on the consideration of healthy and save energy: Suggested the exhaust fan disposition way may select the Fan01 pattern, especially the Ventilation amount 100CMM of Fan01 is the best choice.
6. Based on the consideration of healthy and comfortable: Suggested the exhaust fan disposition way may select the Fan03 pattern, especially the Ventilation amount 125CMM of Fan03 is the best choice.
論文目次 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 建築通風方式…………………………………………………………1-6
1-2-2 混合通風系統…………………………………………………………1-8
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 台灣地區氣候條件………………………………………………………………2-1
2─2變因設定……………………………………………………………………2-6
2-2-1 教室單元背景設定………………………………………………………2-6
2-2-2 外界環境條件設定……………………………………………………2-8
2-2-3 風扇構造設定…………………………………………………………2-11
2-2-4 室內空間條件設定……………………………………………………2-18
2-2-5 變因設定表…………………………………………………………2-21
2─3 評估方式選定…………………………………………………………………2-22
2-3-1 室內C02濃度之評估原則……………………………………………2-23
2-3-2 室內溫度之評估原則…………………………………………………2-25
2-3-3 室內污染物濃度累積情形……………………………………………2-26
2-3-4 室內氣流之評估原則…………………………………………………2-28


第三章 混合通風教室單元之數值模擬……………………………………3-1
3─1 CFD數值模擬於建築流場之應用………………………………………………3-1
3-1-1 近代流體力學於建築流場之應用………………………………………3-1
3-1-2 CFD數值模擬電腦軟體之解析流程…………………………………3-4
3-1-3 PHOENICS之計算方式………………………………………………3-5
3-1-4 紊流模型選定……………………………………………………………3-7
3─2 教室單元空間之流場模擬……………………………………………………3-10
3-2-1 解析計算域之假設……………………………………………………3-10
3-2-2 CFD數值解析步驟說明………………………………………………3-11
3-2-3 數值模擬模型與邊界條件設定………………………………………3-12
3-2-4 數值模擬模型格點系統設定…………………………………………3-16
3-2-5 數值模擬鬆弛係數與收斂條件設定…………………………………3-18
3─3 數值模擬解析結果……………………………………………………………3-20


第四章 混合通風數值模擬結果分析………………………………………4-1
4─1 自然通風時段與混合通風風扇使用時段………………………………………4-2
4─2裝設排風扇與無裝設排風扇對通風效益影響強度探討………………………4-3
4-2-1 有無裝設排風扇對室內溫熱環境之影響……………………………4-3
4-1-2 有無裝設排風扇對室內空氣環境之影響……………………………4-5
4─3 排風扇配置模式對室內通風效益影響之探討…………………………………4-8
4-3-1 排風扇配置對室內溫熱舒適之影響…………………………………4-8
4-3-2 排風扇配置對室內污染物濃度之影響………………………………4-11
4-3-3 排風扇配置對室內氣流環境之影響…………………………………4-16
4─4 風扇使用模式之建構…………………………………………………………4-18
4─5 小結……………………………………………………………………………4-22


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 排風扇配置Fan02模式之穩態氣流場PHOENICS解析設定值Q1檔(風量75CMM) ……………………………………………………………………………App-1
參考文獻 一、中文文獻部份(依中文姓氏第一個字筆劃排序)
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