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研究生: 楊力東
Li-Dong Yang
論文名稱: 雙層玻璃立面在自然通風效果影響之研究--以CFD 模擬整棟小學建築教室為例
A study on the influence of Box-Windows on Natural Ventilation--CFD Simulation of the Elementary school classroom building
指導教授: 江 維華
Wei-Hwa Chiang
口試委員: 周 伯丞
Paul Po-Cheng Chou
魏浩揚
Hao-Yang Wei
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 設計學院 - 建築系
Department of Architecture
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 154
中文關鍵詞: CFD(計算流體力學)室內流場雙層玻璃立面一般小學建築
外文關鍵詞: Box-Windows, CFD, school classroom, airflow indoors
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  • 摘 要
    雙層玻璃立面有著良好的隔音性能,但是否能應用在學生長期使用下的小學教室建
    築內,其通風效果是需要進一步探討的課題。
    本研究針對一般小學建築(四層五排),以貫流通風模式探討中間排教室空間的通
    風,應用CFD 模擬解析,1.探討建築物基本開口部因子對室內流場之影響以作為基準。
    模擬中選定變因進行分組解析比較,變因包括--各樓層的影響、開窗面積、開窗形式、
    挑簷位置深度2.根據前項數據,探討雙層玻璃立面在隔音功能下,其深度與形式是否
    也能達到良好的通風效果,以達室內流場的舒適性。本研究設定室外梯度風速為一年內
    頻率次數最高的2.0m/s 的風速狀態下。
    教室所在位置的影響中,中間排教室開口部風速值在各樓層大致相同,中間層較
    大,上下兩層較小,最旁兩排教室也比中間排小25%;各層的室內流場並不一致,呼吸
    帶通風率是1F 到4F 越來越小,且差異大•運用屬於良好導風版的加水平百葉20cm 與
    挑簷版、或陽台的設置,可使上下樓層的數值差異減少,且一致增加,而加垂直版也可
    使旁排與中間排差異減少,都有不錯的導風效果•加水平百葉20cm 的開窗尺寸(開口率
    為100%)因為是一般開窗的兩倍,因此在換氣的效果最佳。
    加雙層玻璃立面除了可阻隔擾人的噪音,也可有效擋風,開口部增加率與雙層立面
    的間距有其對數的相關性,且在間距小於50cm 後,明顯產生衰減,換氣變差;而加上
    下50cm 的檔版只產生小幅衰減,影響不大。而背向吹時,1、4F 在各數值中的差異都
    比正向吹時來的小•
    雙層玻璃立面在某間距範圍內是可使用的,線性推測下,室外風速為1m/s 時,都
    能有效達到通風標準。推估參考室外小風速時(1m/s 以下) :正向吹時,室外風速在
    0.20m/s 以上還適用於間距10cm•背向吹時,室外風速要在0.5m/s 以上才適用於間距
    10cm,不利於通風。而在雙層立面使用加百葉20cm 的開口方式(開口率為100%)能有效
    提升其換氣效果
    關鍵字:一般小學建築、CFD(計算流體力學)、雙層玻璃立面、室內流場


    ABSTRACT
    Box-Windows has good sound insulation performance. Further investigation is
    necessary regarding the ventilation of elementary school classroom building when applying
    Box-Windows. This research is directed against the general building of primary school and
    probe into the ventilation of the classroom space in the middle by way of cross-ventilation.
    First, the current study investigated the main factors that affect indoor airflow. The
    research was choose variables and divide into groups. The variable included airflow indoors
    which about: The Influence of every story, the opening area, way, and form, the shading
    devices position and depth. Second, when the Box-Windows under the sound insulation
    function, we try to let the Box-Windows reach the good ventilation result. The simulation
    Gradient wind velocity set 2.0 m/s.
    In the influence of the classroom position, inlet wind speed is roughly the same in every
    floor. The middle level is greater than other stories on inlet wind speed and the number value
    of side classroom smaller by 25% than that of the middle classroom. The average indoor air
    velocity at breezing height is smaller and smaller from 1F to 4F. The good aviation baffle, ex:
    horizontal louvers 20cm, the shading devices, or establishment of the balcony. That can
    reduce the difference of number value of the upper and lower storey, and let the number
    value increase unanimously. Vertical edition has good leading the wind result, too. The
    opening size of the horizontal louvers’ windows is two times as large as general opening size,
    so the ventilation is the best.
    Box-Windows except can separate the noise of disturbing, and can ward off the wind
    effectively. When the Box-Windows interval is small than 50cm, and the ventilation become
    badly. The shelf edition of lower 50cm just produced the ACH decay slightly.
    Box-Windows can be used when the interval between the glazing is controlled with
    certain range. When the outdoor gradient wind speed is 1m/s, classroom ACH can reach to
    standard value. Estimate the little wind speed outdoors. When the outdoor gradient wind
    speed is 0.2m/s blows to the corridor from classroom, Box-Windows at Interval 10cm is
    suitable. When the outdoor gradient wind speed is 0.5m/s blows to classroom from the
    corridor, Box-Windows at Interval 10cm is suitable, it is unfavorable to ventilating. If
    Box-Windows is applied with the horizontal louvers, it can increase the effectively of the
    ventilation.
    Key word: school classroom、CFD、Box-Windows、airflow indoors

    目 錄 中文摘要 ----------------------------------------------------------- Ⅰ 英文摘要 ----------------------------------------------------------- Ⅱ 誌 謝 ----------------------------------------------------------- Ⅲ 目 錄 ----------------------------------------------------------- Ⅳ 符號索引 ----------------------------------------------------------- Ⅶ 圖表索引 ----------------------------------------------------------- Ⅷ 第一章 緒論 -------------------------------------------------- 1 1.1 研究背景 ---------------------------------------------- 1 1.2 研究動機與目的------------------------------------------ 1 1.3 研究內容與方法 ---------------------------------------- 2 第二章 研究背景 ---------------------------------------------- 5 2.1 通風換氣之評價 ---------------------------------------- 5 2.1.1 通風換氣之目的與方式 ---------------------------------- 5 2.1.2 學校教室之通風利用 ------------------------------------ 6 2.1.3 室內通風評估指標 -------------------------------------- 7 2.2 相關通風研究內容方法的探討 ---------------------------- 9 2.2.1 進風口與出風口的位置關係 ------------------------------- 9 2.2.2 進風口與出風口的面積比關係 ----------------------------- 10 2.2.3 進風口開窗形式與遮陽板的影響 --------------------------- 12 2.2.4 室內通風之研究方法 ------------------------------------- 14 2.3 自然通風風速與溫熱環境的評價 -------------------------- 15 2.3.1 自然通風與人體舒適度之關係 ---------------------------- 15 2.3.2 室內溫熱環境之評估指標 -------------------------------- 16 2.4 室外氣象設計條件選定 ---------------------------------- 20 2.4.1 室外氣風向條件選定 ------------------------------------ 20 2.4.2 梯度風的設定 ------------------------------------------ 22 2.5 學校教室空間尺寸及物件尺寸之研究 ---------------------- 24 2.5.1 教室建築模型選定 ------------------------------------ 24 2.5.2 配置形式與長寬尺寸 ------------------------------------ 24 2.5.3 垂直向度尺寸 ------------------------------------------ 26 2.5.4 開口部尺寸 -------------------------------------------- 27 2.5.5 挑簷遮陽板尺寸 ---------------------------------------- 28 2.5.6 單邊雙層玻璃立面尺寸 ---------------------------------- 29 2.6 室內外相關設定基準 ------------------------------------ 31 2.6.1 小學學童呼吸帶高度選定 -------------------------------- 31 第三章 研究方法與技術 ---------------------------------------- 32 3.1 電腦模擬之基本假設 ------------------------------------ 32 3.2 電腦模擬解析操作模式 ---------------------------------- 35 3.2.1 空間的幾何形狀 ---------------------------------------- 35 3.2.2 運算形式之選定 ---------------------------------------- 38 3.2.3 網格系統 ---------------------------------------------- 39 3.3 數值分析 ---------------------------------------------- 41 3.3.1 疊代次數 ---------------------------------------------- .41 3.3.2 通用收斂標準 ------------------------------------------ 41 3.3.3 鬆弛係數 ---------------------------------------------- 42 3.3.4 數值解析計算方法 -------------------------------------- 43 3.4 研究變因控制 ------------------------------------------ 44 3.4.1 開窗面積之選定 ---------------------------------------- 44 3.4.2 研究變因之選定 ---------------------------------------- 46 3.5 電腦模擬之成果 ---------------------------------------- 50 第四章 基本開口形式通風效果的模擬解析 ----------------------- 51 4.1.1 開窗面積1/2各樓層中間排之影響--(正向吹) --------------- 52 4.1.2 室外梯度風速改變之影響 -------------------------------- 55 4.1.3 開窗面積1/2(最旁排)之影響--(正向吹) ------------------- 56 4.2 開窗面積之影響—(正向吹) ------------------------------ 58 4.3 開窗方式之影響--(正向吹) ----------------------------- 62 4.4 開窗形式之影響--(正向吹) ----------------------------- 66 4.5 挑簷與水平遮陽的影響--(正向吹) ------------------------ 71 4.5.2 垂直版加挑簷的影響--(正向吹) -------------------------- 76 .小結1 ------------------------------------------------- 81 第五章 雙層玻璃立面形式通風效果的模擬解析 ------------------- 82 5.1 單邊雙層玻璃立面之影響--(正向吹) ---------------------- 82 .小結2 ------------------------------------------------- 97 5.2 單邊雙層玻璃立面加外部構件之影響--(正向吹) ------------ 98 .小結3 ------------------------------------------------- 104 5.3 基本開口形式(中間排)之影響--(背向吹) ----------------- 105 .小結4 ------------------------------------------------- 111 5.4 雙層玻璃立面(中間排)之影響--(背向吹) ------------------ 112 .小結5 ------------------------------------------------- 116 5.5 綜合討論 ---------------------------------------------- 117 雙層玻璃立面適當間距 --------------------------------- 117 各溫度條件下,建議開窗的形式 ------------------------- 119 第六章 結論與建議 -------------------------------------------- 122 6.1 結論 -------------------------------------------------- 122 6.2 後續研究建議 ------------------------------------------ 125 參考文獻 ----------------------------------------------------------- 126 附 錄 附錄一 電腦模擬數值解析結果 --------------------------------- 130 附錄二 電腦模擬數值解析結果層紊比較 ------------------------- 144 附錄三 國內文獻整理 ----------------------------------------- 145 附錄三 電腦模擬軟體原始程式設定 ----------------------------- 152 作者簡介 -------------------------------------------------------- 155 授 權 書 -------------------------------------------------------- 156

    參考文獻
    中文文獻
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