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研究生: 張舜涵
Chang, Shang-Han
論文名稱: 貨櫃型臨時建物室內溫熱環境評估研究
Numerical evaluation of thermal comfort in container residential building
指導教授: 曾俊達
Tzeng, Chun-Ta
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 規劃與設計學院 - 建築學系
Department of Architecture
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 152
中文關鍵詞: 自然通風數值解析推窗形式開口配置方式量測實驗
外文關鍵詞: Computation Fluid Dynamics, naturally ventilation, sash window, opening location, Experimental measurements
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  • 本研究以貨櫃複室空間貫流通風模式於台南地區作為探討對象,並針對開窗形式及配置方式對換氣效果及室內溫熱環境之影響進行理論分析研究,藉由兩種具導風板形式開窗比較不同配置對橫拉窗形式之改善效益,再對全年熱負荷做不舒適度時分析,評估各開窗形式及配置對不舒適度的影響。
    首先運用CFD數值解析方式進行室內穩態氣流場及溫度場模擬,探討不同的環境操縱變因下:入風風速、開窗樣式、開口配置形式及室內門開關使用形式等,分別對室內換氣次數與風擊障礙不滿意度,並同時配合實際量測實驗方式驗證數值模擬之可行性與精確性。
    研究透過三種開口樣式及九種開窗配置方式進行分,了解裝設導風板形式對居室空間貫流通風影響程度,確認在低速的外氣風速條件的室內空間是否符合一般使用換氣需求。並以風擊障礙不滿意度及室內平均溫度之影響關係來評估建康性與舒適性效果。最後再使用熱負荷分析以月不舒適度小時來了解不同開窗配置對熱負荷的影響,提出相關資料供後續研究及設計者參考。
    研究目的
    1.建立數值模擬評估的流程
    2.探討人員在臨時建物的空氣品質
    3.探討臨時建物對熱環境的改善方案
    4.綜合上列各項探討,找出較舒適之箱匣式貨櫃屋
    研究方法
    本研究選定兩只20呎貨櫃雙拼之複室空間,長寬高為6.1m×4.8m×2.5m,架高地面於0.4m做量測實驗。
    藉由CFD數值模擬軟體,針對不同風速,開口配置及開窗樣式之操縱變因。討論日間及夜間使用模式,進行穩態模擬分析。
    透過熱負荷動態數值模擬軟體,針對室內健康性(換氣次數)、室內舒適性(風擊、平均溫度、垂直溫度不滿意度)佳的開窗配置組合方案做逐月不舒適度小時來評估定量節能之影響程度。
    實驗結果
    1.開口部裝設推窗樣式有助於提升室內換氣次數效果,在風速條件為0.4m/s水平推窗平均能提高為橫拉窗2.61倍,且垂直外推窗之換氣次數為最高,各配置型式之換氣次數增加倍率平均增加2.75倍,其中以02配置型式換氣次數增加最多平均增加2.95倍。
    2.在三種開窗型式中以垂直開窗樣式最容易發生風擊的現象,特別是迎風南側居室的開口部,當外氣風速超出0.99~1.06m/s即超出ASHRAE規範之C級標準( DR≦20% ),而大部分使用水平推窗及橫拉窗在外氣風速2.2範圍內仍符合C級標準規範內,特別是使用水平推窗樣式於外` 氣風速2.2範圍內還能符合A級的規範範圍。
    3.三種開口樣式以垂直推窗最有良好的溫熱環境效果,而從整體配置形式的角度表現最佳為02配置形式,其次為01及03配置形式。整體而言外氣風速與開口配置方式對室內平均溫度並無明顯相關性。
    4.在室內垂直溫度不滿意度百分比方面,各種開口樣式及配置方式,均能滿足ASHRAE規範之A及標準( PD≦3% ),整體上以垂直外推窗在室內溫熱環境表現最佳,表示室內溫度梯度變化最小,而使用水平外推窗形式,在風於0.4m/s時,有明顯的溫度梯度,不過在配置形式為A02表現仍有較佳的表現,然而在溫熱標準受限於外氣溫度,故各室內平均溫度遠高於基準值28℃。另外,在各室之風速與垂直溫度分布並無穩定且明顯正相關性。
    5.在熱適度時分析中以開口02配置之垂直窗較為舒適,相較於橫拉窗能減少6%的不舒適時間,而在冷不舒適度時中以橫拉窗較為舒適,相較水平及垂直推窗能夠減少7 ~ 8%的不舒適度小時。因此,在舒適度綜合評估結果顯示垂直開窗02配置方式>水平開窗02配置方式>橫拉窗02配置方式。
    6.在台南氣候環境下,發現在三種開窗樣式所對應的最佳換氣及溫熱環境組合均為開口02配置型式,顯示02配置型式較其它開口配置方案有利於換氣及減少熱量累績。

    Introduction
    The research focused on the opening location and Window style use naturally ventilation at container residential building in Tainan. Through the use of vertical baffle and horizontal louvers window style compare of the Horizontal pull window realize what Impact on indoor air environment. After further using the Comfort algorithm to analyze monthly space heating and cooling loads.
    Above all, it was assumed that steady ventilation of the structure could be achieved. using the method of CFD simulation ,find out Temperature and airflow field,and Probe into different environment variable influence on the ACH、Draft Rate, at following: Inlet air velocity, window styles, opening location and interior door switch, etc. According to the result of studying cases with CFD simulation, providing the accuracy of the CFD simulation.
    In the discussion part, first of all, compare of three window styles and nine opening location influence of living space ventilation to understand meets the minimum ACH standard, and then focused on the living space of Draft Rate and average temperature relations. Take health and comfort of the evaluation results then using the Comfort algorithm to analyze monthly space heating and cooling loads. To understand the different window location effect of the heat load.
    Purpose
    1.Using Numerical simulation establishment of evaluation process
    2.Probing into air quality in temporary container building.
    3.Improve of the thermal environment in temporary container building.
    4.Find more comfortable container houses.
    Method
    This research selected two 20-foot containers Combination of room space, length, width, and height of 6.1m × 4.8m × 2.5m,and 0.4 m on the ground for experimental measurement.
    Use CFD to analysis different wind speed, opening location, and window style are manipulated variables in daytime and nighttime usage patterns.
    Through heat load dynamic numerical simulation software for indoor health (ACH), and indoor comfort (Draft Rate、average temperature, vertical percentage dissatisfied) select the best combination of programs, and then using the comfort algorithm to analyze monthly space heating and cooling loads. To understand the different window location effect of the heat load.
    Research result
    1.When wind are parallel with the window and wind velocity 0.4m/s, it can improve by 2.61 times of air change rate among the rooms after installing the sash window styles, and the best of the ACH is using the Vertical baffle window styles, average increase of 2.75 times. Among them,02 deployment pattern ACH average increase of 2.95 times.
    2.In the three types of windows styles , most likely to occur the draft rate effect is installing the vertical baffle window styles. when wind velocity above than 0.99~0.16m/s ,draft rate, DR is over the C grade,25%, established by ASHRAE. When wind velocity under 2.2 m/s, using the Horizontal push out windows and horizontal sliding windows, the DR could satisfy the C grade,25%.Particularly the use of horizontal push out window styles when the wind speed is lower 2.2m/s , the DR could satisfy the A grade,15%.
    3.In the three types of windows styles , the most of excellent thermal environment is using the Vertical baffle window styles, the best of all is using 02 deployment pattern, followed by 01 and 03 deployment pattern. Overall the case wind speed and deployment pattern no significant correlation.
    4.Aspects of vertical temperature in the percentage dissatisfied (PD), overall the case the PD could satisfy the A grade,( PD≦3%), established by ASHRAE. the best of all is using vertical baffle window styles, indicate the temperature gradients is smallest change. When wind velocity is 0.4m/s have obvious temperature gradient. Although the average temperature is much higher than the reference value of 28℃,but the better performance is the A02 deployment pattern. Overall the case wind speed and vertical temperature gradients no significant correlation.
    5.The best of the hot comfortable algorithm is the 02 deployment pattern after installing the vertical baffle window styles, than horizontal sliding windows styles can reduce 6% uncomfortable time. Also the best cold comfortable algorithm is installing the horizontal sliding windows styles, than horizontal louvers window styles and vertical baffle window styles can reduce 7~8% uncomfortable time. Therefore Comfort comprehensive assessment results show that the Vertical baffle window 02 deployment pattern > horizontal louvers window 02 deployment pattern > horizontal sliding windows 02 deployment pattern.
    6.In the three types of windows styles, the best of thermal environment is 02 deployment pattern in Tainan climates. Showing 02 deployment pattern than other is conducive to ventilation and reduce heat accumulated .

    中文摘要 I Abstract III 致謝 V 目錄 VI 表目錄 VIII 圖目錄 X 符號說明 XIV 第一章 緒論 1 1-1 研究動機與目的 1 1-1-1 研究動機 1 1-1-2 研究目的 2 1-2 研究內容與範圍 3 1-3 研究架構與流程 4 第二章 相關研究文獻回顧 6 2-1 臨時住宅室內空氣評估指標相關文獻 7 2-2 隔熱指標相關文獻 9 2-3 室內空氣通風換氣概論 13 2-4 室內空氣環境評估國內相關研究 15 2-5 室內空氣環境評估國外相關研究 16 2-6 小結 17 第三章 研究方法 18 3-1 台灣地區空氣環境現況 19 3-1-1 台灣地區氣候特徵 19 3-1-2 自然通風策略 21 3-1-3 貨櫃內部空氣環境現況 22 3-2 貨櫃居室單元背景設定 24 3-2-1 開窗模式與尺寸設定 26 3-2-2 實驗材料構造說明 28 3-2-3 臥室室內空間條件設定 29 3-3 變因設定表 31 3-4 評估方式選定 32 3-4-1 換氣量之評估原則 33 3-4-2 室內氣流環境舒適之評估原則 36 3-4-3 室內人員溫熱環境舒適之評估原則 37 3-4-4 逐月不舒適度評估 38 3-5 小結 39 第四章 貨櫃建物量測實驗與數值模擬 40 4-1 建築流場之CFD數值模擬應用 41 4-1-1 CFD 數值模擬電腦軟體使用流程 43 4-1-2 CFD 數值模擬概要 44 4-1-3 CFD 數值模擬之解析方式 51 4-1-4 CFD數值解析步驟說明 53 4-1-5 鬆弛係數與收斂條件設定 54 4-2 建築熱負荷動態數值模擬應用 55 4-2-1 准入法之解析流程 56 4-2-2 准入係數 59 4-3 空間單元幾何與邊界設定 60 4-3-1 開口部配置組數之設定 62 4-3-2 格點系統之設定 63 4-4 空氣環境量測實驗 65 4-4-1 風速量測實驗 65 4-4-2 風速量測結果分析 66 4-4-3 溫度濕度量測 67 4-4-4 歷時溫度量測結果分析 71 4-5 數值模擬比對結果 72 4-5-1 風速梯度邊界之比對 72 4-5-2 室內歷時溫度之比對 75 4-5-3 小結 77 4-6 數值解析結果 78 4-7 開窗配置形式對日間及夜間空氣環境檢討 84 4-7-1 換氣量 84 4-7-2 夜間室內風擊不滿意度影響 86 4-7-3 日間室內溫度 87 4-7-4 小結 91 第五章 結論與建議 93 5-1 結論 93 5-2 後續研究與建議 95 參考文獻 96 附錄一案例C01之穩態氣流場解析Fluent設定清單 99 附錄二日間使用模式氣流場及溫度場解析結果 108 附錄三夜間使用模式氣流場解析結果 135

    一. 中文文獻部分
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    J2. 村上周三,「CFDによる建築‧都市の環境設計工學」,東京大學出版會,2000。
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    四. 其它文獻
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    Q2. http://wiki.naturalfrequency.com/wiki/Human_Comfort
    Q3. Estimating Summertime Temperatures in Buildings:The CIBSE Method,http://www.esru.strath.ac.uk/Reference/concepts/cibse_sum_temp/cibse_sum_temp.htm
    Q4. http://www.jl-zp.net/jnjp_lunwen/3804.html

    下載圖示 校內:2017-08-29公開
    校外:2018-08-29公開
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