| 國家圖書館索書號: | 系統編號: 90NTU00404052 | |
| 出版年: | 民91 | |
| 研究生: | 邱繼哲 | Chiou, Jih-Jer |
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| 論文名稱: | 建築物及生物成長設施之誘導式通風冷卻設計研究—以雙層外殼內 | |
| 置流動空氣層構造為例 | ||
| 論文名稱: | Passive Cooling Design Induced by Ventilation in | |
| Buildings and Bioenvironmental Facilities—A Case Study | ||
| of Double Envelope with Air Flow Gap | ||
| 指導教授: | 侯文祥 | Hou, Wen-Shang |
| 學位類別: | 碩士 | |
| 校院名稱: | 國立臺灣大學 | |
| 系所名稱: | 生物環境系統工程學系暨研究所 | |
| 學號: | R88622035 | |
| 學年度: | 90 | |
| 語文別: | 中文 | |
| 論文頁數: | 212 | |
| 關鍵字: | 太陽輻射 | solar radiation |
| 傳博牆 | trombe wall | |
| 自然通風 | natural ventilation | |
| 雙層外殼 | double envelope | |
| 冷房負荷 | cooling loads | |
| 誘導式冷卻 | passive cooling | |
| [摘要] | ||
| 台灣地區因地處亞熱帶溼熱氣候，在夏季為增加建築物室內環境的舒適度及生物成長設施 | ||
| 的生產量，使用了大量的空調設備及通風機械進行冷房空調，以改善室內熱環境，降低建 | ||
| 築物及生物環境設施由太陽輻射造成的外殼冷房負荷，達到節約大量空調電能之目標。本 | ||
| 研究根據誘導式通風冷卻設計手法，應用雙層外殼內置流動空氣層作為外殼構造，針對不 | ||
| 同的外殼構法及通風方式，進行實驗及穩態模式模擬，評估其隔熱性能及節能效果並衡量 | ||
| 流動空氣層之等效熱阻及等效熱傳透率，以用於計算外殼輻射熱獲得冷房負荷。 | ||
| 研究方法運用實驗裝置，進行不同的通風方式及外殼構法共五十組外殼模組室內外實驗， | ||
| 檢討分析溫度分佈、空氣流速、換氣率、熱獲得量、熱阻、熱傳透率及外殼輻射熱獲得冷 | ||
| 房負荷。研究並建立數值穩態模式，求解空氣層內外表面溫度、空氣層平均溫度及出口溫 | ||
| 度，計算出流動空氣層之等效熱阻。 | ||
| 本研究實驗結果發現不需任何機械通風裝置，以雙層外殼構造內置流動空氣層的自然對流 | ||
| 換氣的能力，即可減少76%的外殼輻射熱獲得冷房負荷，實驗箱體實際熱獲得量減少了74. | ||
| 3%。以穩態模式模擬計算流動空氣層等效熱阻及熱傳透率，與實驗值比對驗證結果具有一 | ||
| 致性，確認利用穩態模式模擬計算方法的可行性。並將目前經常使用的八型外殼隔熱構造 | ||
| 加設流動空氣層後，在保守估算下，其外殼輻射熱獲得冷房負荷可比原來的構造減少平均 | ||
| 約67.5%，熱傳透率平均變為原來傳統構造的0.33倍，且皆低於現行建築技術規範對於屋頂 | ||
| 構造之隔熱基本能力1.5 W/m2℃。 | ||
| 以上結果証明雙層外殼內置流動空氣層的構造可有效並大幅減少建築物及生物成長設施的 | ||
| 外殼輻射熱獲得冷房負荷。經實驗、模式模擬及範例計算的證實，應用流動空氣層的誘導 | ||
| 式冷卻技術是降低太陽輻射造成的外殼冷房負荷的有效方法。 | ||
| [摘要] | ||
| Taiwan is a sub-tropical country with hot and humid climate. During the | ||
| summer, a large amount of air condition facilities and mechanical ventilation | ||
| energy are used to improve indoor comfort of buildings and bioenvironmental | ||
| facilities in bioproduction. Lots of efforts are devoted for the purposes of | ||
| improving indoor thermal comfort, reduce heat gains from buildings envelope | ||
| and to decrease cooling energy. The present research presents passive | ||
| ventilation design by adopting double envelope construction with air flow | ||
| gaps. The influence of ventilation rates and construction models is studied | ||
| experimentally and numerically. The study is to evaluate the insulation | ||
| performance and energy consumption of double envelope construction with | ||
| effective air gap thermal resistance, thermal conductance and solar radiation | ||
| cooling loads. | ||
| Fifty different kinds of envelope elements are tested under different kinds of | ||
| ventilation rate and construction models in this experiment. The purpose of | ||
| the study is to analyze the temperature distribution, air velocity, air change | ||
| rate, heat gains, thermal resistance, thermal conductance and solar radiation | ||
| cooling loads. Using numerical steady model to calculate the surface, average | ||
| and outlet temperature of air gap, and to acquire the effective air gap | ||
| thermal resistance. | ||
| The results of this research are summarized as follows: | ||
| Without any mechanical ventilation system, experimental results shows that the | ||
| natural ventilation of air flow gap can reduce about 76% solar radiation | ||
| cooling loads and 74.3% of heat gains. Comparision between simulated and | ||
| experimental results showed a good record, therefore the numerical model is | ||
| valid. At a fairly conservative estimate, the solar radiation cooling loads | ||
| can reduce up to 67.5% than those eight types envelope widely used nowaday. | ||
| The thermal conductance is changed to one third of the original type envelope. | ||
| The research shows that the double envelope construction with air flow gap is | ||
| a effective way to reduce the solar radiation cooling loads of buildings and | ||
| bioenvironmental facilities. | ||
| [論文目次] | ||
| 碩博士論文上網授權書 | ||
| 學位考試委員審定書 | ||
| 誌謝 | ||
| 中文摘要………………………………………………………………………I | ||
| 英文摘要………………………………………………………………………II | ||
| 目次……………………………………………………………………………III | ||
| 表次…………………………………………………………………………VII | ||
| 圖次……………………………………………………………………………IX | ||
| 符號說明……………………………………………………………………XII | ||
| 第一章 緒論……………………………………………………………1 | ||
| 1.1. 研究動機與目的……………………………………………1 | ||
| 1.2. 文獻回顧…………………………………………………...2 | ||
| 1.2.1. 中文相關文獻…………………………………………………2 | ||
| 1.2.2. 英文相關文獻…………………………………………………8 | ||
| 1.3. 文獻歸納……..…………………………………………………16 | ||
| 1.4. 研究範圍....……………………………………………………18 | ||
| 1.5. 研究流程..…………………………………………………20 | ||
| 1.6. 研究內容概要….…………………………………………………21 | ||
| 第二章 理論探討……………………………………………………23 | ||
| 2.1. 建築熱環境……………………………………………………23 | ||
| 2.1.1. 室外熱環境…………………………………………………….23 | ||
| 2.1.2. 室內熱環境…………………………………………………….26 | ||
| 2.1.3. 熱環境控制…………………………………………………….28 | ||
| 2.2. 建築熱傳理論…………………………………………………30 | ||
| 2.2.1. 建築物熱平衡………………………………………………….30 | ||
| 2.2.2. 熱傳基本現象………………………………………………….31 | ||
| 2.2.3. 建築物熱傳計算……………………………………………….33 | ||
| 2.3. 外殼構造與外殼輻射熱獲得冷房負荷………………………………….40 | ||
| 2.3.1. 建築物外殼隔熱控制原則…………………………………….40 | ||
| 2.3.2. 常見建築物外殼隔熱構造…………………………………….41 | ||
| 2.3.3. 外殼輻射熱獲得冷房負荷………………………………….42 | ||
| 2.4. 誘導式冷卻設計………………………………………………44 | ||
| 2.4.1. 誘導式冷卻技術簡介………………………………………….44 | ||
| 2.4.2. 雙層外殼內置流動空氣層構造……………………………….45 | ||
| 2.5. 穩態模式…………………………………………………………48 | ||
| 2.5.1. 模式假設………………………………………………………48 | ||
| 2.5.2. 方程式推導……………………………………………………49 | ||
| 2.5.3. 模式計算前之討論……………………………………………52 | ||
| 2.5.4. 解聯立非線性方程式…………………………………………53 | ||
| 第三章 實驗方法…………………………………………………………...54 | ||
| 3.1. 實驗裝置………………………………………………………………54 | ||
| 3.1.1. 實驗箱體設計與尺寸…………………………………………55 | ||
| 3.1.2. 模擬太陽輻射之鹵素燈泡裝置………………………………57 | ||
| 3.1.3. 強制對流導風通道裝置………………………………………61 | ||
| 3.1.4. 實驗場地配置…………………………………………………62 | ||
| 3.2. 實驗儀器連線與量測方法……………………………………64 | ||
| 3.2.1. 實驗儀器連線…………………………………………………64 | ||
| 3.2.2. 實驗量測儀器…………………………………………………64 | ||
| 3.2.3. 儀器量測點位…………………………………………………67 | ||
| 3.2.4. 外氣溫度及空氣流速量測方法………………………………68 | ||
| 3.3. 實驗材料與外殼模組型式……………………………………69 | ||
| 3.3.1. 實驗材料性質…………………………………………………70 | ||
| 3.3.2. 實驗外殼模組構造型式…………………………………………71 | ||
| 3.4. 預備測試……………………………………………………73 | ||
| 3.4.1. 實驗箱體內溫度濕度變化……………………………………74 | ||
| 3.4.2. 導風通道風速穩定性測試……………………………………75 | ||
| 3.4.3. 實驗場地室內風速變化………………………………………76 | ||
| 3.5. 實驗條件與操作流程………………………………………….76 | ||
| 3.5.1. 實驗設定條件…………………………………………………..76 | ||
| 3.5.2. 實驗流程與步驟……………………………………………78 | ||
| 第四章 實驗結果…………………………………………………….…..80 | ||
| 4.1. 實驗模組穩態模式分佈…………………………………………..80 | ||
| 4.2. 空氣層等效熱阻..…………………………………………………..86 | ||
| 4.3. 實驗箱體熱獲得量…………………………………………….…....89 | ||
| 4.4. 外殼輻射熱獲得冷房負荷..…………………………………...…..93 | ||
| 第五章 綜合分析與討論…………………………………………………….97 | ||
| 5.1. 實驗參數綜合分析……………………………………………… 97 | ||
| 5.1.1. 實驗模組溫度分佈……………………………………………97 | ||
| 5.1.2. 外殼構法對空氣層換氣率之影響.……………………………99 | ||
| 5.1.3. 空氣層換氣率對實驗箱體熱獲得量之影響…………………103 | ||
| 5.1.4. 空氣層換氣率與空氣層等效熱阻之關係……………………105 | ||
| 5.2. 隔熱性能與節能效果…………………………………………….106 | ||
| 5.2.1. 隔熱性能比較………………………………………………106 | ||
| 5.2.2. 節能效果比較……………………………………………109 | ||
| 5.3. 穩態模式分析………………………………………………..111 | ||
| 5.3.1. 模式計算流程……………………………………………111 | ||
| 5.3.2. 模式計算結果與驗證……………………………………111 | ||
| 5.4. 範例模擬………………………………………………………...116 | ||
| 5.4.1. 範例選定與環境設定……………………………………116 | ||
| 5.4.2. 模式計算結果探討…………………………………………120 | ||
| 第六章 結論與建議…………………………………………………………124 | ||
| 6.1. 結論…………………………………………………………………124 | ||
| 6.2. 後續研究建議…………………………………………………………125 | ||
| 6.3. 實際應用建議…………………………………………………………125 | ||
| 參考文獻………………………………………………………………..127 | ||
| 附錄1 預備測試基本資料……………………………………………….134 | ||
| 附錄2 實驗結果基本資料……………………………………………….139 | ||
| 附錄3 模式計算MATLAB程序式…………………………………………..199 | ||
| 附錄4 實驗量測CR10資料記錄器程式碼………………………..…201 | ||
| 附錄5 實驗現場照片……………………………………………………….209 | ||
| 個人基本資………………………………………………………………..212 | ||
| [參考文獻] | ||
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