研究不同環控機制應用於易構住宅之室內熱環境及能源消耗表現

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研究生：	張又文 Yu-wen Chang
論文名稱：	研究不同環控機制應用於易構住宅之室內熱環境及能源消耗表現 Study on Indoor Thermal Environment and Energy Consumption Performance of EAG House Using Different Control Strategies
指導教授：	林怡均 Yi-Jiun Lin
口試委員:	趙修武 Shiu-Wu Chau 張倉榮 none 朱佳仁 none
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工程學院 - 機械工程系 Department of Mechanical Engineering
論文出版年：	2011
畢業學年度：	99
語文別：	中文
論文頁數：	240
中文關鍵詞：	實地量測、室內環控設備、地中管、太陽煙囪風扇、自然通風、能源消耗表現
外文關鍵詞：	Field measurement, Indoor environment control strategies, Earth tube, Solar chimney fan, Natural ventilation, Energy consumption performance
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本論文在目標建築物「易構住宅」藉由實地量測的方式, 探討易構住宅室內環境表現,和室外環境以及與各種主、被動式環控設備的關聯。本研究利用溫、濕度感測記錄器量測室外新鮮空氣進入地中管後的溫度變化,和使用無線傳輸溫、濕度感測器監測易構住宅室內環境溫、濕度變化, 以及利用數位電表記錄易構住宅各種主、被動式環控設備的耗電量變化。

單一環控設備的研究結果顯示, 在太陽輻射量顯著的情況下, 使用遮陽板可以使易構住宅室內環境溫度下降約1℃。在使用自然通風的機制時,因為室內與室外環境相連結,易構住宅室內環境溫度的變化情況主要取決於室外環境溫度的波動。過去的文獻顯示地中管在夏季能提供預冷的效果,在冬季有預熱的效果。實地量測的結果顯示, 在冬季(12 ~ 2月)開啟地中管風扇, 可以使易構住宅室內環境溫度提高約2至3℃,地中管風扇能源消耗功率約0.23 kW。此外, 地中管豎井內的溫度隨著深度愈深, 溫度愈高, 且較為穩定。在地下1.6 m 至地下3.2 m 處,春季(3 ~ 5月)溫度大約在18 ~ 20℃, 秋季(9 ~ 11月) 溫度大約在25 ~ 26℃, 冬季(12 ~ 2月) 溫度大約在22 ~ 24℃。研究顯示在地下1.6 m 以下的溫度較不受大氣環境影響, 維持較穩定的溫度。實驗結果顯示, 單獨開啟太陽煙囪風扇對於易構住宅室內環境的通風效果有限。在夏季使用室內空調的機制時, 可以使易構住宅平均室內環境溫度下降約6℃, 但需要消耗較多的電量, 平均約0.46 kW。

同時使用兩種環控設備的研究結果顯示, 當開啟梯間太陽煙囪風扇時, 搭配自然通風或地中管風扇設備, 則可加強太陽煙囪內的對流,提升易構住宅的通風效果。

This research presents characteristics of thermal environment and energy consumption of EAG House in the spring, fall and winter seasons by experimental field measurements. EAG House are equipped with shading, natural ventilation, earth tube system, solar chimney
fans and air conditioning systems. The thesis shows the influences of environmental control strategies on indoor thermal environment and energy consumption. This research uses three types of sensors; variations of air temperature in the earth tube were measured by the sensors with recorders; variations of indoor air temperature were measured by wireless RFID sensors; variations of power consumption of indoor environmental control equipment were measured by digital meters.

The results of using single indoor environment control strategy show that using shading under a large solar radiation condition can reduce the indoor environmental temperature about 1℃. Under the circumstance of using natural ventilation, the variation of indoor environmental temperature depends on the outdoor environmental temperature because of the interaction between the indoor and the outdoor environment. According to the literature, earth tube can
precool air temperature in the summer and preheat air temperature in the winter. Field measurements show that there is a temperature increase of about 2 to 3℃ in the indoor environment of EAG House in the winter, when the earth tube system is used. And the power consumption of the earth tube fan is about 0.23 kW. The air temperature in the vertical shaft of the earth tube varies with its depth. In the spring, fall and winter seasons, the temperature of the earth tube at the deeper position is higher and more stable. The temperature of the earth tube maintains around 25 to 26℃ in the fall season, around 22 to 24℃ in the winter season, and around 18 to 20℃ in the spring season from 1.6 to 3.2 meters deep underground. It shows that the temperature of the earth tube attains more steady, when the underground depth is larger than 1.6 meters. The results show that only using the solar chimney fan can not provide significant ventilation. Using air conditioning system can cool the average indoor environmental temperature about 6℃ in the summer, but it needs to consume more electricity energy power, about 0.46 kW.

Field measurements of using two indoor environment control strategies show that combining natural ventilation or earth tube fan with the solar chimney fan can enhance convection inside the solar chimney, providing good ventilation in EAG House.

目錄
中文摘要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i
英文摘要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii
致謝. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v
目錄. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii
符號索引. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii
表目錄. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv
圖目錄. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxi
緒論1
1 研究動機與目的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 綠建築評估系統. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1 綠建築的定義. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2 世界性綠建築發展熱潮. . . . . . . . . . . . . . 4
2.3 台灣綠建築評估體系EEWH . . . . . . . . . . . 5
3 文獻回顧. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.1 實地量測. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.2 連續調試. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.3 智慧化居住空間能源管理系統(Home Energy Management System) . . . . . . . . . . . . . . . . 11
4 論文架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
實驗建築、儀器及方法. .  . . .. . . . . . . . . . . . . . . 17
1 實驗建築. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2 環控機制原理, 應用與能源消費. . . . . . . . . . . . . 18
2.1 遮陽板. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2 自然通風. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3 地中管. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.4 太陽煙囪. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.5 空調設備. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3 實驗量測儀器原理, 應用與布置. . . . . . . . . . . . . 25
3.1 溫、濕度計: RFID 感測器. . . . . . . . . . . . 25
3.2 溫、濕度記錄器: DICKSON TK550 . . . . . . . 28
3.3 能源消耗記錄器: 數位電表. . . . . . . . . . . . 29
4 實驗方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.1 根據當地氣候條件設計之環控設備開啟機制表. . 30
4.2 實驗量測內容. . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5 實驗量測. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.1 實驗量測的時間. . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.2 缺乏比較的對象. . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.3 對照組驗證. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.4 易構住宅設備之待機電力. . . . . . . . . . . . 36
實驗結果: 開啟單一環控設備37
1 背景說明與實驗系列(單一設備) . . . . . . . . . . . . . 37
2 遮陽板. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1 實驗日期與季節分類. . . . . . . . . . . . . . . 38
2.2 室內環境變化及環控設備能源消費. . . . . . . . 38
3 自然通風. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.1 實驗日期與季節分類. . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2 室內環境變化及環控設備能源消費. . . . . . . . 43
4 地中管風扇. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.1 實驗日期與季節分類. . . . . . . . . . . . . . . 48
4.2 室內環境變化及環控設備能源消費. . . . . . . . 48
4.3 地中管系統性能探討. . . . . . . . . . . . . . . 54
5 梯間太陽煙囪風扇(強制對流) . . . . . . . . . . . . . . 60
5.1 實驗日期與季節分類. . . . . . . . . . . . . . . 60
5.2 室內環境變化及環控設備能源消費. . . . . . . . 60
6 室內空調. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
6.1 實驗日期與季節分類. . . . . . . . . . . . . . . 65
6.2 室內環境變化及環控設備能源消費. . . . . . . . 65
7 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
實驗結果: 同時開啟兩種環控設備69
1 實驗系列(同時開啟兩種機制) . . . . . . . . . . . . . . 69
2 地中管風扇和遮陽板. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.1 室內環境變化及環控設備能源消費. . . . . . . . 69
2.2 地中管系統性能探討. . . . . . . . . . . . . . . 71
3 地中管風扇和自然通風. . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.1 室內環境變化及環控設備能源消費. . . . . . . . 73
3.2 地中管系統性能探討. . . . . . . . . . . . . . . 74
4 地中管風扇和梯間太陽煙囪風扇. . . . . . . . . . . . . 75
4.1 室內環境變化及環控設備能源消費. . . . . . . . 75
4.2 地中管系統性能探討. . . . . . . . . . . . . . . 76
4.3 太陽煙囪性能探討. . . . . . . . . . . . . . . . 77
5 地中管風扇和地中管壓縮機. . . . . . . . . . . . . . . 78
5.1 室內環境變化及環控設備能源消費. . . . . . . . 78
5.2 地中管系統性能探討. . . . . . . . . . . . . . . 79
6 梯間太陽煙囪風扇和自然通風. . . . . . . . . . . . . . 80
6.1 室內環境變化及環控設備能源消費. . . . . . . . 80
6.2 太陽煙囪性能探討. . . . . . . . . . . . . . . . 82
7 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
結論與建議83
1 結論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
2 建議. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
參考文獻. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87
作者簡歷. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .239

                                

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