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系統識別號 U0002-0108201402480600
中文論文名稱 低層集合住宅熱島效應改善策略之模擬研究-以台南地區集合住宅社區為例
英文論文名稱 Simulation Study on Improvement Strategies for Heat Island Effect at Low-storey Housing – Case Study on Communities in Tainan Area.
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 建築學系碩士班
系所名稱(英) Department of Architecture
學年度 102
學期 2
出版年 103
研究生中文姓名 董思偉
研究生英文姓名 Ssu-Wei Tung
學號 600360308
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2014-06-19
論文頁數 110頁
口試委員 指導教授-王文安
委員-李彥頤
委員-周家鵬
中文關鍵字 熱島效應  生態社區  建築降溫  CFD電腦數值解析 
英文關鍵字 Heat island effect  ecological communities  Temperature lowering  Computational Fluid Dynamics 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 近年來,戶外的環境品質越來越受到重視,尤其針對社區型住宅,國內外都有針對社區的設計規劃訂定了相關標準。美國的LEED也對改善社區型微氣候、減緩熱島強度提出改善方法與制定的評分標準,日本的CASBEE也對於微型風環境和熱環境提出了限制,台灣的《綠建築評估手冊》(EEWH)也分別針對社區對於熱島效應制定了相關標章及評估標準。故本研究利用綠建築評估手冊-社區類(EC)中的熱島效應減緩效益(Hi)所提及之改善對策做為實驗之模擬設計,探討社區整體溫熱環境改善效益。
為能更精確與真實的模擬社區中的熱島影響,故本研究以一個於規劃設計階段,且以打造生態社區為前提的社區型低層住宅規劃案為研究案例,進行氣流及溫度場模擬,評估當地各種地理尺度及氣候條件資料,提出適合生態社區的熱島特性及其問題所在,擬訂社區型住宅熱島問題改善策略,以提供設計者評估改善之設計參考。

章節內容概述如下:
第一章 說明研究動機、研究目的、研究範圍、研究架構及流程。
第二章 整理與探討都市熱島效應相關理論,並分析物體熱輻射特性與都市中常見的流場現象對於整體熱環境之影響,供後續實驗分析之參考基準。
第三章 從大尺度環境探討,進而到基地周邊之地理環境分析,尋找都市熱島特性與退燒潛力。並整合中央氣象局與地方氣象資料為模擬實驗之邊界條件設定依據,並進行CFD電腦模擬。
第四章 現況熱島特性與退燒潛力區分析,提出改善策略及模型設定,主要策略方向為:(一)材質反射率改善策略(二)屋頂覆材改善(三)植栽遮陰策略(四)水域降溫策略。依上述四項策略進行風場與溫度場模擬。
第五章 將模擬結果進行比較與分析,並評估各改善策略之降溫效益。
第六章 呈現研究成果,並對後續相關研究提出建議。
英文摘要 In recent years, outdoor environmental quality is getting more and more attentions, especially for community-based residence. Relevant standards were set based on community design and planning both at home and abroad. US LEED proposes improvement methods and formulates evaluation standards for microclimate and heat island intensity. Japanese CASBEE proposes limits for micro wind environment and thermal environment. Taiwan’s EEWH also formulates relevant rules and evaluation standards respectively aiming at community heat island effect. The research takes improvement measures referred in reduction of heat island (HIi) effect of EEWH-EC as simulation experiment design, to discuss the community’s overall thermal environment improvement benefits.
To precisely and truly simulate the heat island influence in the community, the research takes a community-based low-rise residential project in planning and designing phase under the premise of creating an ecological community as the case study, to simulate the air flow and thermal field, and to evaluate the local geographical scales and climate data and then propose the heat island characteristics applicable to the ecological community and its problems, as well as draw up improvement strategy for community-based residence’s heat island problem, so as to provide design reference for designers’ evaluation and improvement.

Content of each chapter is as follows:
Chapter 1. It shows research motivation, purpose, range, framework and process.

Chapter 2. It sorts out and discusses relevant theories of urban heat island effect, analyzes thermal radiation characteristics of objects and influence of common flow field phenomenon in a city on the overall thermal environment, for future experimental analysis reference.




Chapter 3. It explores from the large-scale environment to periphery geographical environmental analysis, to find our urban heat island characteristics and fever reduction potential. It also integrates central meteorological observatory and local meteorological data to setting basis of simulation experiment boundary conditions, as well as conducts CFD computer simulation.

Chapter 4. Based on current heat island feature and fever reduction potential analysis, it proposes improvement strategy and simulation setting, wherein main strategic directions are: (1) improvement of material reflectivity (2) improvement of roof covering material (3) plant sunshade strategy (4) water body cooling strategy. It conducts wind and thermal field simulation according to the above four strategies.

Chapter 5. It compares and analyzes simulation results, as well as evaluates cooling benefit of various improvement strategies.

Chapter 6. It shows research results and proposes suggestion for relevant future research.
論文目次 目錄
謝誌 I
中文摘要 II
英文摘要 III
目錄 IV
圖表目錄 VII
第一章 緒論
第一節 研究動機與目的 1
1-1-1 研究動機 1
1-1-2 研究目的 3
第二節 研究範圍與內容 4
1-2-1 研究範圍 4
1-2-2 研究內容 4
第三節 研究方法與流程 5
1-3-1 研究方法 5
1-3-2 研究流程 6
第四節 文獻回顧 7
1-4-1 環境風場相關文獻分析 7
1-4-2通風效益相關文獻分析 7
1-4-3 CFD電腦模擬實驗方法回顧 8
第二章 理論基礎
第一節 CFD數值模擬流程 10
第二節 CFD理論 10
2-2-1紊流模式 10
2-2-2標準k-ɛ模型 12
第三節 風工程基本理論探討 13
2-3-1 都市中的流場現象 13
2-3-2環境風場與影響因子 16
第四節 第三節 植栽相關理論 19
2-4-1 樹冠形狀與配置 19
2-4-2 植栽對風之影響 21
2-4-3 植栽孔隙率、發散率 22
第五節 熱島效應影響因子 25
2-5-1 綠覆率 25
2-5-2 材質反射率、熱傳透率 26
2-5-3 水體蒸散 29
2-5-4 地表型熱島與大氣型熱島 31
第六節 綠建築標章規定 33
第七節 小結 37
第三章 台南市安南區熱島效應現況調查
第一節 台南熱島現況概述 38
3-1-1 台南熱島分區情況 38
3-1-2 地理環境特徵 40
3-1-3 地區氣候資料探討 43
3-1-4地方性氣候資料建立 46
第二節 基地現況分析 49
3-2-1 基地位置 49
3-2-2 基地現況調查 50
第三節 電腦模擬說明與軟體介紹 53
3-3-1 模擬研究流程 53
3-3-2 流體力學及CFD軟體應用 54
3-3-3 Phoenics軟體介紹 57
3-4-4 基地現況CFD溫度、風場環境模擬 64
第四章 模擬策略解析
第一節 現況模擬結果分析 67
第二節 模擬策略擬定 71
第三節數值模型因子參數設定 73
4-3-1輻射模型 73
4-3-2植栽設定 76
4-3-3水域模型設定 78
4-3-4 分析模組 79
第五章 數值模擬之變因研究解析
第一節 數值模擬解析 80
5-1-1 建築立面材質變因解析 80
5-1-2建築外部因子變因解析 84
5-1-3 植栽變因解析 93
5-1-4 水域變因解析 99
第二節 小結 102
第六章 結論及建議
第一節 研究結論 103
第二節 後續研究建議 105
附錄一、參考文獻

圖目錄
圖1-1.1 1888-2011年的全球平均溫度圖 1
圖1-1.2 IPCC AR5 Figure SPM.1報告 1
圖1-1.3 都市熱島效應示意圖 2
圖1-1.4 影響熱島效應之環境因素 5
圖1-1.5 研究流程圖 7
圖2-1.1數值模擬操作流程圖 10
圖2-2.1 常見的三種紊流模式 11
圖2-3.1 建築群遮蔽效應示意圖 13
圖2-3.2 金字塔效應示意圖 13
圖2-3.3 建築群縮流效應示意圖 14
圖2-3.4 建築群渠化效應示意圖 14
圖2-3.5 氣候尺度關係圖 15
圖2-3.6不同地況之風速分布圖 16
圖2-4.1植栽對於風場作用 21
圖2-4.2林帶狀態與風之流向 21
圖2-4.3單株樹背風面垂直剖面及平面上的相對風速 22
圖2-4.4不同孔隙率之風速剖面 23
圖2-5.1 熱傳導說明圖 28
圖2-5.2 地表型熱島 32
圖2-5.3 大氣型熱島 32
圖3-1.1 2013年台灣夏季溫度分布圖 38
圖3-1.2 台南市風花圖 39
圖3-1.3 台南地理與風場關係圖 39
圖3-1.4台南地區50M高平均風速圖 40
圖3-1.5 台南海岸線海埔新生地演進圖 41
圖3-1.6 台南市衛星影像全幅分類圖 42
圖3-1.7 2013年11月氣象資料 43
圖3-1.8 南部地區年平均溫度圖 44
圖3-1.9 環保署台南空氣品質監測站位置圖 46
圖3-1.10 安南站氣象資料整合 48
圖3-2.1 基地位置圖 49
圖3-2.2 台南都市計劃圖 50
圖3-2.3 基地設計圖 51
圖3-2.4 基地動線圖 51
圖3-2.5 建築形式類別位置圖 52
圖3-2.6 建築形式圖 52
圖3-2.7 基地綠化現況圖 53
圖3-3.1 模擬研究流程圖 53
圖 3-3.2 Phoenics模擬熱島效應示意圖 57
圖3-3.3 SUN屬性面板操做界面 58
圖3-3.4 phoenics模擬表面輻射溫度圖 58
圖3-3.5 CFD建築格點設置圖 61
圖3-4.1 夏季風場與溫度場模擬圖 64
圖3-4.2 冬季風場與溫度場模擬圖 65
圖3-4.3 建築表面輻射溫度模擬圖 66
圖4-1.1 基地熱島分區圖 67
圖4-1.2 測點位置圖 68
圖4-1.3 模擬實驗結果重點改善區域 70
圖4-2.1 模擬研究範圍圖 71
圖4-3.1 建築表面材質實驗模型圖 73
圖4-3.2 淺色屋頂設計圖 74
圖4-3.3 屋頂綠化實驗模型圖 75
圖4-3.4 實際樹冠剖面形狀及三種模擬樹冠剖面形狀 76
圖 4-3.5 喬木模擬實驗模型圖 77
圖 4-3.6 灌木模擬實驗模型圖 77
圖 4-3.7 行道樹模擬實驗模型圖 78
圖4-3.8 水體模擬實驗模型圖 79
圖5-1.1 材質表面輻射模型圖 80
圖5-1.2 材質表面輻射平均溫度變化分析圖 81
圖5-1.3 提高反射率於不同風速區溫度變化分析圖 83
圖5-1.4 淺色屋頂之模擬模型圖 84
圖5-1.5 淺色屋頂之改善區域圖 85
圖5-1.6 淺色屋頂於不同高度溫度變化之分析 87
圖5-1.7 屋頂綠化之模擬模型圖 88
圖5-1.8 屋頂綠化之模擬區域圖 88
圖5-1.9 屋頂綠化於不同高度溫度變化之分析 91
圖5-1.10淺色屋頂與屋頂綠化於不同高度溫度變化之分析 92
圖5-1.11 喬木模擬位置模型圖 94
圖5-1.12 喬木於不同風速區溫度變化之分析 96
圖5-1.13 灌木模擬位置模型圖 97
圖5-1.14 灌木於不同風速區溫度變化之分析 99
圖5-1.15 Type 06 水域模型設置 100
圖5-1.16 水域於不同風速區溫度變化之分析 102
圖5-2.1 變因於不同風速區人行高度1.5M之溫度減緩效益 102

表目錄
表1-1.1 模擬改善策略選擇項目表 5
表2-3.1氣候尺度對應表 15
表2-3.2地況分類與指律指數值之關係 17
表2-3.3地表粗糙長度及零風面位移 18
表2-4.1 樹冠形狀分類表 19
表2-4.2植栽可能的排列型式 20
表2-4.3 不同樹種葉面積密度與消散係數 23
表2-5.1 單位綠地CO2固定量基準β(kg/m2) 26
表2-5.2 各種植栽單位面積二氧化碳固定量表 Gi (kg/m2) 26
表2-5.3 人為與自然表面之反射率與吸收率 27
表2-5.4 相對發射率 27
表2-5.5 各種建築材料的熱常數 29
表2-5.6 水域環境熱量的蓄收、蒸散及影響因子分類 29
表2-5.7 不同環境地面氣溫 30
表2-6.1生態社區EEWH-EC的評估雷達圖 33
表2-6.2 生態社區評估系統項目表 34
表2-6.3 熱島減緩效益係數HIi 36
表3-1.1 台南市核心空間變遷表 41
表3-1.2 台南市30年溫度平均表 43
表3-1.3 台南市30年風速平均表 44
表3-1.4 台南市30年日照平均時數表 45
表3-1.5 台南市2103年蒸發量與降雨量平均表 45
表 3-1.6 台南市30年濕度平均表 45
表 3-1.7 安南站基本資料 47
表 3-1.8 Weather tool 氣候分析畫面 48
表 3-2.1 基地背景資料 50
表 3-3.1 近代流體力學之發展 55
表 3-3.2 CFD 近代流體力學運用在建築與室內之發展 56
表 3-3.3 不同k-ε紊流模型預測氣流之評比 59
表 3-3.4 標準k-ε紊流模型時間平均運動方程式之Sψ說明 60
表 3-3.5 計算域的基本假設 61
表 3-3.6 數值邊界條件設定 62
表 4-1.1 中央氣象局氣象舒適度指數 67
表 4-1.2 模擬研究重點改善區域說明表 70
表 4-3.1 建築表面材質屬性參數設定 73
表 4-3.2 淺色建築屋頂屬性參數設定 74
表 4-3.3 覆土綠屋頂熱島退燒效果 74
表 4-3.4 覆土綠屋頂屬性參數設定 75
表 4-3.5 屋頂綠化草坪屬性參數設定 75
表 4-3.6三種樹冠剖面模擬計算的比較 76
表4-3.7行道樹屬性設定 77
表 4-3.8 水域面積設定 78
表 4-3.9 模擬策略主題模組 79
表 5-1.1 Type01比較內容說明 80
表 5-1.2 解析Type01 80
表 5-1.3 材質表面輻射溫度 81
表 5-1.4 材質表面輻射平均溫度 81
表 5-1.5 Type01提高建築材質反射率之模擬分析 82
表5-1.6 Type02、Type03 比較內容說明 84
表5-1.7解析Type02 84
表5-1.8 淺色屋頂之模擬分析戶數面積表 85
表5-1.9 淺色屋頂之模擬分析 85
表5-1.10 淺色屋頂上方0.5M溫度分布面積表 86
表5-1.11 淺色屋頂上方1.5M溫度分布面積表 87
表 5-1.12 淺色屋頂上方5M溫度分布面積表 87
表 5-1.13解析Type03 88
表 5-1.14 屋頂綠化之模擬分析 89
表 5-1.15 屋頂綠化上方0.5M溫度分布面積表 90
表 5-1.16 屋頂綠化上方1.5M溫度分布面積表 90
表 5-1.17 屋頂綠化上方5M溫度分布面積表 90
表 5-1.18 淺色屋頂與屋頂綠化溫度分布面積比較 91
表 5-1.19 淺色屋頂與屋頂綠化降溫效率比較 92
表 5-1.20 Type03、Type04 比較內容說明 93
表 5-1.21 解析Type03 93
表 5-1.22 喬木遮陰面積分析表 94
表 5-1.23 植栽-喬木之模擬分析 95
表 5-1.24 解析Type05 96
表 5-1.25 灌木綠化面積分析表 97
表 5-1.26 植栽-灌木之模擬分析 98
表 5-1.27 Type06 比較內容說明 99
表 5-1.28 解析Type06 99
表 5-1.29 水域面積之模擬分析 100
表 5-1.30 水域設置面積分析表 101
表 6-1.1 基地改善建議排序 104

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http://www.ipcc.ch/,查詢日期2013/11。
論文使用權限
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