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研究生： 黃柏升
Posheng - Huang
論文名稱： 分析UFAD系統應用於本土建築物之研究
Analysis of Under-Floor Air Distribution System Applied to the Building in Taiwam
指導教授： 陳瑞華
Rwey Hua Cherng
林怡均
Yi-Jiun Peter Lin
口試委員: 鄭政利
Cheng-Li Cheng
吳啟哲
Chi-Che Wu
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年： 2007
畢業學年度： 95
語文別： 中文
論文頁數： 140
中文關鍵詞： 耗能量
外文關鍵詞： UFAD, WM, Energy Plus
相關次數： 點閱：116  下載：2 
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    • 建築構造物提供我們一個適合工作及居住的室內環境，隨著不同的氣候條件，建築構造物不可避免地或多或少使用能源以維持舒適的室內環境品質，本研究分別利用UFAD系統(Under-Floor Air Distribution)及傳統的WM系統(Well Mixed)維持適當的室內環境品質，探討不同系統所呈現的室內熱環境以及能源消耗表現。
    本研究利用建築能源分析軟體–Energy Plus模擬位於台北縣土城市的實體建築–台科一號，在台北標準氣象年的氣候條件下，室內所呈現的熱環境，根據此結果與舒適溫度範圍(17℃~25℃)比較發現室內空氣溫度有超過半年的時間高於25℃；有12天的時間低於17℃，因此利用Energy Plus中理想化的熱交換設備–Purchased Air，配合兩種不同系統調節室內空氣溫度，讓室內空氣溫度維持在17℃至25℃之間，其他時段熱交換設備則不啟動。
    模擬結果顯示，若以WM系統為基準，溫度分層高度1.1公尺的UFAD系統一年可節省21.7%的耗能量；而不同溫度分層高度的UFAD系統，年總耗能量亦不同，其中以1.1公尺的UFAD系統年總耗能量22002 [kWh]最少，6.0公尺的UFAD系統年總耗能量25346 [kWh]最多，兩者相差約15%的耗能量。
    由於本研究只將人體散發出來的熱能視為室內熱源，尚未將燈光、電器設備所散發出來的熱能列入模擬之中，且模擬時所使用的熱交換設備亦為理想化的設備，所以整個模擬過程尚未達到最真實的情況，建議往後的研究可將上述未模擬的設備列入模擬考量之中，以便更接近真實情況。

    Buildings provide us a shelter environment to live and work. Under various climate conditions, buildings inevitably consume energy in order to maintain the comfortable internal environment. In the thesis, I apply UFAD system (Under-Floor Air Distribution) and the traditional WM system (Well Mixed) to maintain a comfortable internal environment, and discuss the internal thermal environment and the energy consumption between different systems.
    Using the typical meteorological years of Taipei, I apply the building energy analysis software, Energy Plus, to simulate the internal thermal environment within a real building, NTUST NO.1, in Tucheng city. According to simulation results, the internal temperature is higher than 25℃ for more than half a year and is lower than 17℃ for twelve days. The comfortable temperature is set to range from 17℃ to 25℃. In the simulation program I apply the idealized thermal exchange plant, Purchased Air, and two different ventilation systems to keep the internal temperature between 17℃ and 25℃.
    Compared with the WM system, the simulation results show that UFAD system having 1.1 meters interface high can save up to 21.7% of the energy consumption in one year. However, the annual energy consumption varies as the interface high changes. The higher the interface is, the more the annual energy consumes. Simulation results show that 22,002 [KWh] is the minimal annual energy consumption for UFAD system having 1.1 meters interface high, and 25,346 [KWh] is the maximum one for UFAD system having 6.0 meters interface high. The difference between the both approximates 15%.
    In the thesis, I only consider the heat produced by human body as the internal gain, and do not take the heat produced by the lights and the electrical appliances into account. In addition, the thermal exchange plant is idealized. The simulation process may be improved to consider more factors in order to approximate the realistic case.

    目錄 I 表目錄 V 圖目錄 VIII 第一章 緒論 1 第二章Under Floor Air Distribution的理論推導及其效益 3 2.1 UFAD理論模型建立 3 2.1.1 DV理論模型建立 4 2.1.2 UFAD理論模型建立— 單一點熱源和單一冷空氣擴散器 7 2.1.3 UFAD理論模型建立— 單一點熱源和多重冷空氣擴散器 9 2.1.3.1固定點熱源和總通風體積流量 10 2.1.3.2固定點熱源和冷空氣擴散器體積流量 11 2.1.3.3點熱源的垂直高度影響 12 2.2 UFAD在實務應用上的效益 12 2.3 UFAD與DV的差異 15 第三章Energy Plus介紹 17 3.1 Energy Plus主要架構 17 3.2 建築物外殼熱平衡理論 17 3.2.1 熱輻射 18 3.2.1.1短波輻射 18 3.2.1.2長波輻射 22 3.2.2 熱傳導 25 3.2.3 熱對流 32 第四章 建築物外殼模型建立 36 4.1 建築物各建材說明 36 4.1.1 外牆及樓地板 36 4.1.2 屋頂 36 4.1.3 門 36 4.1.4 窗戶 37 4.2 模型圖及各立面尺寸圖 37 第五章 台科一號室內熱環境與耗能量模擬分析 38 5.1 Energy Plus各項參數設定 38 5.1.1 室內空氣模型 39 5.1.2 室內熱源 39 5.1.3 滲流量 39 5.1.4 熱交換設備 40 5.1.5 室內熱舒適控制 40 5.2 台北標準氣象年說明 41 5.3 室內熱環境及耗能量模擬分析 42 5.3.1 室內無電器設備及人員狀態下的熱環境模擬 42 5.3.2 室內有人員狀態下的熱環境模擬 44 5.3.3 應用WM系統模擬室內有人員狀態下的熱環境 45 5.3.3.1室內空氣溫度 45 5.3.3.2熱交換設備耗能量計算 46 5.3.4 應用UFAD系統模擬室內有人員狀態下的熱環境 51 5.3.4.1室內空氣溫度 51 5.3.4.2熱交換設備耗能量計算 52 5.4 WM系統與UFAD系統耗能量比較 53 5.5 暖房設備與冷房設備的使用率 54 5.6 UFAD在不同溫度分層高度下的耗能量比較 54 第六章 結論與建議 57 6.1 結論 57 6.2 建議 58 參考文獻 60 附錄一 <Energy Plus輸入檔重要參數值> 61 附錄二<台科一號現場實體屋照片> 65 表目錄 表3-1材料粗造度係數表 66 表3-2材料粗造度係數表 67 表3-3熱對流係數參數表 67 表3-4 係數表 68 表4-1建築物材料表 69 表4-2玻璃窗材料參數表 70 表5-1Well Mixed系統每月耗能量及供氣量表 71 表5-2分層高度1.1公尺每月耗能量及供氣量表 72 表5-3分層高度1.3公尺每月耗能量及供氣量表 73 表5-4分層高度1.5公尺每月耗能量及供氣量表 74 表5-5分層高度1.7公尺每月耗能量及供氣量表 75 表5-6分層高度1.9公尺每月耗能量及供氣量表 76 表5-7分層高度2.1公尺每月耗能量及供氣量表 77 表5-8分層高度2.3公尺每月耗能量及供氣量表 78 表5-9分層高度2.5公尺每月耗能量及供氣量表 79 表5-10分層高度2.7公尺每月耗能量及供氣量表 80 表5-11分層高度2.9公尺每月耗能量及供氣量表 81 表5-12分層高度3.1公尺每月耗能量及供氣量表 82 表5-13分層高度3.3公尺每月耗能量及供氣量表 83 表5-14分層高度3.5公尺每月耗能量及供氣量表 84 表5-15分層高度3.7公尺每月耗能量及供氣量表 85 表5-16分層高度3.9公尺每月耗能量及供氣量表 86 表5-17分層高度4.1公尺每月耗能量及供氣量表 87 表5-18分層高度4.3公尺每月耗能量及供氣量表 88 表5-19分層高度4.5公尺每月耗能量及供氣量表 89 表5-20分層高度4.7公尺每月耗能量及供氣量表 90 表5-21分層高度4.9公尺每月耗能量及供氣量表 91 表5-22分層高度5.1公尺每月耗能量及供氣量表 92 表5-23分層高度5.3公尺每月耗能量及供氣量表 93 表5-24分層高度5.5公尺每月耗能量及供氣量表 94 表5-25分層高度5.7公尺每月耗能量及供氣量表 95 表5-26分層高度6.0公尺每月耗能量及供氣量表 96 表5-27台北標準氣象年各欄位資料名稱表 97 圖目錄 圖2-1 DV模型圖 98 圖2-2 UFAD模型圖 98 圖2-3 多重冷空氣擴散器UFAD模型圖 99 圖2-4 UFAD示意圖 99 圖3-1 Energy Plus主要架構圖 100 圖3-2 Energy Plus運算流程圖 100 圖3-3 太陽光輻射線分佈圖 101 圖4-1 Energy Plus建構模擬建築物流程圖 102 圖4-2 建築物3D透視圖 103 圖4-3東西面立面尺寸圖 104 圖4-4 北面立面尺寸圖 105 圖4-5 南面立面尺寸圖 106 圖5-1 人體舒適溫度範圍圖 107 圖5-2 無電器設備及人員狀態下1月6日室內外逐時溫度圖 108 圖5-3無電器設備及人員狀態下2月18日室內外逐時溫度圖 108 圖5-4無電器設備及人員狀態下3月1日室內外逐時溫度圖 109 圖5-5無電器設備及人員狀態下4月27日室內外逐時溫度圖 109 圖5-6無電器設備及人員狀態下5月31日室內外逐時溫度圖 110 圖5-7無電器設備及人員狀態下6月29日室內外逐時溫度圖 110 圖5-8無電器設備及人員狀態下7月21日室內外逐時溫度圖 111 圖5-9無電器設備及人員狀態下8月22日室內外逐時溫度圖 111 圖5-10無電器設備及人員狀態下9月2日室內外逐時溫度圖 112 圖5-11無電器設備及人員狀態下10月3日室內外逐時溫度圖 112 圖5-12無電器設備及人員狀態下11月14日室內外逐時溫度圖 113 圖5-13無電器設備及人員狀態下12月25日室內外逐時溫度圖 113 圖5-14 有人員狀態下1月6日室內外逐時溫度圖 114 圖5-15有人員狀態下2月18日室內外逐時溫度圖 114 圖5-16有人員狀態下3月1日室內外逐時溫度圖 115 圖5-17有人員狀態下4月27日室內外逐時溫度圖 115 圖5-18有人員狀態下5月31日室內外逐時溫度圖 116 圖5-19有人員狀態下6月29日室內外逐時溫度圖 116 圖5-20有人員狀態下7月21日室內外逐時溫度圖 117 圖5-21有人員狀態下8月22日室內外逐時溫度圖 117 圖5-22有人員狀態下9月2日室內外逐時溫度圖 118 圖5-23有人員狀態下10月3日室內外逐時溫度圖 118 圖5-24有人員狀態下11月14日室內外逐時溫度圖 119 圖5-25有人員狀態下12月25日室內外逐時溫度圖 119 圖5-26無電器設備及人員狀態下一月室內外逐日平均溫度圖 120 圖5-27無電器設備及人員狀態下二月室內外逐日平均溫度圖 120 圖5-28無電器設備及人員狀態下三月室內外逐日平均溫度圖 121 圖5-29無電器設備及人員狀態下四月室內外逐日平均溫度圖 121 圖5-30無電器設備及人員狀態下五月室內外逐日平均溫度圖 122 圖5-31無電器設備及人員狀態下六月室內外逐日平均溫度圖 122 圖5-32無電器設備及人員狀態下七月室內外逐日平均溫度圖 123 圖5-33無電器設備及人員狀態下八月室內外逐日平均溫度圖 123 圖5-34無電器設備及人員狀態下九月室內外逐日平均溫度圖 124 圖5-35無電器設備及人員狀態下十月室內外逐日平均溫度圖 124 圖5-36無電器設備及人員狀態下十ㄧ月室內外逐日平均溫度圖 125 圖5-37無電器設備及人員狀態下十二月室內外逐日平均溫度圖 125 圖5-38 有人員狀態下ㄧ月室內外逐日平均溫度圖 126 圖5-39 有人員狀態下二月室內外逐日平均溫度圖 126 圖5-40 有人員狀態下三月室內外逐日平均溫度圖 127 圖5-41 有人員狀態下四月室內外逐日平均溫度圖 127 圖5-42 有人員狀態下五月室內外逐日平均溫度圖 128 圖5-43 有人員狀態下六月室內外逐日平均溫度圖 128 圖5-44 有人員狀態下七月室內外逐日平均溫度圖 129 圖5-45 有人員狀態下八月室內外逐日平均溫度圖 129 圖5-46 有人員狀態下九月室內外逐日平均溫度圖 130 圖5-47 有人員狀態下十月室內外逐日平均溫度圖 130 圖5-48 有人員狀態下十ㄧ月室內外逐日平均溫度圖 131 圖5-49 有人員狀態下十二月室內外逐日平均溫度圖 131 圖5-50 WM系統7月20日至7月26日室內逐時溫度圖 132 圖5-51 WM系統1月27日至2月2日室內逐時溫度圖 132 圖5-52 WM系統10月13日至10月19日室內逐時溫度圖 133 圖5-53 WM系統4月5日至4月11日室內逐時溫度圖 133 圖5-54 空氣溫度溼度調節程序圖 134 圖5-55 熱空氣製造示意圖 134 圖5-56 冷空氣製造示意圖 134 圖5-57 UFAD系統1月27日至2月2日室內逐時溫度圖 135 圖5-58 UFAD系統4月5日至4月11日室內逐時溫度圖 135 圖5-59 UFAD系統7月20日至7月26日室內逐時溫度圖 136 圖5-60 UFAD系統10月13日至10月19日室內逐時溫度圖 136 圖5-61 WM系統與溫度分層高度1.1公尺的UFAD系統各月暖房耗能量比較圖 137 圖5-62 WM系統與溫度分層高度1.1公尺的UFAD系統各月冷房耗能量比較圖 137 圖5-63 WM系統與溫度分層高度1.1公尺的UFAD系統各月總耗能量比較圖 138 圖5-64 WM系統與溫度分層高度1.1公尺的UFAD系統各月累計總耗能量比較圖 138 圖5-65 UFAD系統各溫度分層高度的年總耗能量走勢圖 139 圖5-66 UFAD系統各分層高度年總耗能量比WM系統年總耗能量節省能源百分比走勢圖 139 圖5-67 1月6日至1月9日台北標準氣象年氣候參數對室內環境溫度影響比較圖 140

    [1]內政部營建署，1997，建築節能法規解說。
    [2]Lin, Y. J. P. & Linden, P. F., 2005, A model for an under floor air
    distribution system. Energy and Buildings, 37, 399-409.
    [3]Liu, Q. A. & Linden, P. F., 2006, The fluid dynamics of an underfloor air
    distribution system. J. Fluid Mech., 554, 323-341.
    [4]Bauman, F. & Webster, T., 2001, Outlook for underfloor air distribution.
    ASHRAE Journal, 43 (6), 18+20-25+27.
    [5]McDonell, G., 2003, Underfloor and displacement why they are not the same.
    ASHRAE Journal, 45 (7), 18-24.
    [6]Engineering Reference, 2006, version 1.4, Energy Plus manual.
    [7]ASHRAE Handbook Fundamentals, 2005, Thermal Comfort, ch.8.
    [8]林憲德、張思源，1987，建築空調耗能分析用平均氣象年資料之研究，國科會計畫編號
    NSC75-0410-E006-33。
    [9]Çengel, Y. A. & Boles, M. A., 2006, THERMODYNAMICS, the fifth edition,
    McGraw-Hill, 717-733.

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