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系統識別號 U0002-0607200502151200
中文論文名稱 國民中小學普通教室氣流環境之研究 -以座向、走廊、遮陽、開窗與護欄模式為變因
英文論文名稱 A Study of Airflow Environment of Regular Classrooms in Primary Schools and Secondary Schools -Varied on Orientation, Patterns of Corridors, Shading Device, Windows and Railings
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 93
學期 2
出版年 94
研究生中文姓名 楊武泰
研究生英文姓名 Wu-Tai Yang
學號 692301020
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2005-06-07
論文頁數 135頁
口試委員 指導教授-王文安
委員-江哲銘
委員-周家鵬
中文關鍵字 普通教室  CFD數值模擬解析  貫流通風  氣流環境  室內氣候舒適性  量化自然通風性能 
英文關鍵字 regular classrooms  CFD simulation  orientation  cross ventilation  comfort of inside climate  quantify the properties of ventilation 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 論文提要內容:
本研究以國民中小學普通教室氣流環境為研究對象,運用CFD數值模擬解析方式探討校舍在貫流通風作用下,建築物座向、走廊形式與深度、遮陽形式與深度、開窗形式與位置、護欄形式對於教室內(老師授課區與學生上課區)與教室外(走廊活動區)氣流環境的影響。並從室內氣候舒適性的觀點擬定評估指標,以量化自然通風性能,進而將研究結果提供設計者做為建築設計的參考依據。

研究結果:
一、單邊走廊型校舍在東風吹拂下,建築物的座向以南北向優於東 西向。若進一步探討走廊位置對教室內氣流環境的影響,單邊走廊型校舍的座向為東西向時,走廊配置在校舍西側或東側,教室氣流環境的舒適度變化不大;單邊走廊型校舍的座向為南北向時,走廊配置在校舍南側或北側,教室氣流環境的舒適度維持不變。
二、為改善東西向單邊走廊型校舍(走廊在校舍東側)的教室氣流環境,在走廊計畫上建議採用淨寬180cm的雙邊走廊,在遮陽計畫上建議裝設深度比1.5的組合式格柵遮陽版,在開窗計畫上建議採用橫拉窗,並且分散水平向度的開窗位置或僅開氣窗,在護欄計畫上建議採用鋼筋混凝土矮牆。
三、為改善東西向單邊走廊型校舍(走廊在校舍西側)的教室氣流環境,在走廊計畫上建議採用淨寬180cm的雙邊改良走廊,在遮陽計畫上建議裝設深度比1.0的組合式格柵遮陽版,在開窗計畫上建議採用外推窗,若採用橫拉窗則建議分散水平向度的開窗位置或僅開氣窗,在護欄計畫上建議採用透空欄杆。
四、為改善南北向單邊走廊型校舍(走廊在校舍南/北側)的教室氣流環境,在走廊計畫上建議採用淨寬300cm的單邊走廊,在遮陽計畫上建議裝設深度比1.5的組合式垂直遮陽版,在開窗計畫上建議採用橫拉窗,並且分散水平向度的開窗位置,另外建議採用通氣窗台,在護欄計畫上建議採用鋼筋混凝土矮牆。
英文摘要 Abstract:
The object of study in the research is airflow environment of regular classrooms in primary schools and secondary schools. Under the effect of cross ventilation, the research adopts CFD simulation to discuss airflow environment of regular classrooms influenced by variations in orientation, patterns of corridors, shading devices, windows and railings. In order to quantify the properties of ventilation to make the bases for designers proceeding architectural design, the research draws up the index from the viewpoint of the comfortable inside climate.

Result:
1. The schoolhouse with a single-side corridor fanned by east wind faces south-north better than east-west. If taking one step ahead to discuss the influence of a corridor position to the airflow environment of a regular classroom, the research shows the change of the comfortable level of the airflow environment of a regular classroom is limited when the schoolhouse with a single-side corridor faces east-west; the comfortable level of the airflow environment of a regular classroom is constant when the schoolhouse with a single-side corridor faces south-north.
2. In order to improve the airflow environment of the regular classroom of the schoolhouse facing east-west with a single-side corridor located at the east side of a schoolhouse, the research suggests the designer of a regular classroom adopts the double-side corridor which width is 180cm, the combinatorial egg-crated shading device which span-to-depth ratios is 1.5, the horizon-pulled window opened dispersedly in the horizontal vector or opened a transom only in the vertical vector, and the solid railing made of reinforced concrete.
3. In order to improve the airflow environment of the regular classroom of the schoolhouse facing east-west with a single-side corridor located at the west side of a schoolhouse, the research suggests the designer of a regular classroom adopts the improved double-side corridor which width is 180cm, the combinatorial egg-crated shading device which span-to-depth ratios is 1.0, the outside-pushed window or the horizon-pulled window opened dispersedly in the horizontal vector or opened a transom only in the vertical vector, and the permeable railing.
4. In order to improve the airflow environment of the regular classroom of the schoolhouse facing south-north with a single-side corridor located at the south or north side of a schoolhouse, the research suggests the designer of a regular classroom adopts the single-side corridor which width is 300cm, the combinatorial vertical shading device which span-to-depth ratios is 1.5, the horizon-pulled window opened dispersedly in the horizontal vector, the permeable windowsill, and the solid railing made of reinforced concrete.
論文目次 目錄

第一章 緒論
第一節 研究動機與目的............................................01
1-1-1 研究動機............................................01
1-1-2 研究目的............................................03
第二節 相關文獻回顧..............................................04
第三節 研究內容與範圍............................................07
1-3-1 研究內容概要........................................07
1-3-2 研究範圍............................................08
第四節 研究方法..................................................12
第五節 研究流程..................................................15

第二章 國民中小學普通教室氣流環境與校園永續發展
第一節 邁向永續校園..............................................16
2-1-1 永續校園的觀念......................................16
2-1-2 悖離永續發展的校園環境..............................17
2-1-3 永續校園的規劃......................................18
第二節 概述國民中小學普通教室....................................19
2-2-1 國民中小學相關重要數據..............................19
2-2-2 普通教室的構成原則..................................20
第三節 影響國民中小學普通教室氣流環境的因素......................21

第三章 國民中小學普通教室氣流環境之數值模擬
第一節 基本假設..................................................26
第二節 運算流程..................................................28
第三節 模型建構..................................................29
3-3-1 模擬對象物..........................................29
3-3-2 虛擬外氣室..........................................36
第四節 參數設定..................................................37
3-4-1 邊界條件............................................37
3-4-2 格點系統............................................39
3-4-3 數值計算............................................40
3-4-4 氣流檢測............................................42

第四章 各變因對普通教室氣流環境之影響
第一節 自然通風性能之評估........................................44
4-1-1 影響室內氣候舒適性的要素............................44
4-1-2 從室內氣候舒適性的觀點評估普通教室自然通風性能......45
4-1-3 以風速做為評估項目..................................46
4-1-4 評估對象與得分計算方式..............................48
第二節 數值模擬分析..............................................49
4-2-1 操作變因與基本型態的擬定............................49
4-2-2 四組基本型態的數值解析..............................51
4-2-3 東西向單邊走廊型校舍(走廊在校舍東側)的教室氣流環境..54
4-2-4 東西向單邊走廊型校舍(走廊在校舍西側)的教室氣流環境..69
4-2-5 南北向單邊走廊型校舍(走廊在校舍南側)的教室氣流環境..84

第五章 結論與建議
第一節 結論......................................................99
5-1-1 四組基本型態的氣流環境..............................99
5-1-2 東西向單邊走廊型校舍(走廊在校舍東側)的設計建議.....100
5-1-3 東西向單邊走廊型校舍(走廊在校舍西側)的設計建議.....101
5-1-4 南北向單邊走廊型校舍(走廊在校舍南/北側)的設計建議..102
第二節 後續研究與建議...........................................103

參考文獻
文獻一 中文文獻部分.............................................104
文獻二 英文文獻部分.............................................105

附錄
附錄一 數值模擬模組代號表.......................................106
附錄二 數值模擬風速向量圖.......................................108



表目錄

表1-1 研究內容概要分項說明........................................07
表1-2 風速與舒適指數轉換表........................................13
表2-1 永續校園整體性的規劃原則....................................18
表2-2 永續校園在建築環境管理方面的規劃原則........................18
表2-3 各級學校校數統計表..........................................19
表2-4 各縣市國民中小學的密度......................................19
表2-5 普通教室在數量與品質上的要求................................20
表2-6 影響普通教室自然通風效率的因素..............................21
表3-1 數值模擬之基本假設..........................................26
表3-2 使用PHOENICS進行CFD數值模擬之運算流程.....................28
表3-3 台北地區平均風速(1971~1985)、主要風向(1967~1985)、平均溫度(1897~1990).................................................37
表3-4 各變數所設定之鬆弛係數......................................41
表4-1 自然通風性能之評估..........................................45
表4-2 風速對室內人員的影響........................................46
表4-3 風速對室外人員的影響........................................46
表4-4 風速與舒適指數轉換表........................................47
表4-5 CFD 數值模擬操作變因........................................49
表4-6 四組基本型態................................................50
表4-7 四組基本型態的舒適指數......................................53
表4-8 變走廊形式之邊界設定(基本型態:EW-O-E-01).................54
表4-9 變走廊形式的舒適指數(基本型態:EW-O-E-01).................55
表4-10 變走廊深度之邊界設定(基本型態:EW-O-E-01)................56
表4-11 變走廊深度的舒適指數(基本型態:EW-O-E-01)................57
表4-12 變遮陽形式之邊界設定(基本型態:EW-O-E-01)................58
表4-13 變遮陽形式的舒適指數(基本型態:EW-O-E-01)................59
表4-14 變遮陽深度之邊界設定(基本型態:EW-O-E-01)................60
表4-15 變遮陽深度的舒適指數(基本型態:EW-O-E-01)................61
表4-16 變開窗形式之邊界設定(基本型態:EW-O-E-01)................62
表4-17 變開窗形式的舒適指數(基本型態:EW-O-E-01)................63
表4-18 變開窗位置之邊界設定(基本型態:EW-O-E-01)................64
表4-19 變水平向度開窗位置的舒適指數(基本型態:EW-O-E-01)........65
表4-20 變垂直向度開窗位置的舒適指數(基本型態:EW-O-E-01)........66
表4-21 變護欄形式之邊界設定(基本型態:EW-O-E-01)................67
表4-22 變護欄形式的舒適指數(基本型態:EW-O-E-01)................68
表4-23 變走廊形式之邊界設定(基本型態:EW-O-W-01)................69
表4-24 變走廊形式的舒適指數(基本型態:EW-O-W-01)................70
表4-25 變走廊深度之邊界設定(基本型態:EW-O-W-01)................71
表4-26 變走廊深度的舒適指數(基本型態:EW-O-W-01)................72
表4-27 變遮陽形式之邊界設定(基本型態:EW-O-W-01)................73
表4-28 變遮陽形式的舒適指數(基本型態:EW-O-W-01)................74
表4-29 變遮陽深度之邊界設定(基本型態:EW-O-W-01)................75
表4-30 變遮陽深度的舒適指數(基本型態:EW-O-W-01)................76
表4-31 變開窗形式之邊界設定(基本型態:EW-O-W-01)................77
表4-32 變開窗形式的舒適指數(基本型態:EW-O-W-01)................78
表4-33 變開窗位置之邊界設定(基本型態:EW-O-W-01)................79
表4-34 變水平向度開窗位置的舒適指數(基本型態:EW-O-W-01)........80
表4-35 變垂直向度開窗位置的舒適指數(基本型態:EW-O-W-01)........81
表4-36 變護欄形式之邊界設定(基本型態:EW-O-W-01)................82
表4-37 變護欄形式的舒適指數(基本型態:EW-O-W-01)................83
表4-38 變走廊形式之邊界設定(基本型態:SN-O-S-01)................84
表4-39 變走廊形式的舒適指數(基本型態:SN-O-S-01)................85
表4-40 變走廊深度之邊界設定(基本型態:SN-O-S-01)................86
表4-41 變走廊深度的舒適指數(基本型態:SN-O-S-01)................87
表4-42 變遮陽形式之邊界設定(基本型態:SN-O-S-01)................88
表4-43 變遮陽形式的舒適指數(基本型態:SN-O-S-01)................89
表4-44 變遮陽深度之邊界設定(基本型態:SN-O-S-01)................90
表4-45 變遮陽深度的舒適指數(基本型態:SN-O-S-01)................91
表4-46 變開窗形式之邊界設定(基本型態:SN-O-S-01)................92
表4-47 變開窗形式的舒適指數(基本型態:SN-O-S-01)................93
表4-48 變開窗位置之邊界設定(基本型態:SN-O-S-01)................94
表4-49 變水平向度開窗位置的舒適指數(基本型態:SN-O-S-01)........95
表4-50 變垂直向度開窗位置的舒適指數(基本型態:SN-O-S-01)........96
表4-51 變護欄形式之邊界設定(基本型態:SN-O-S-01)................97
表4-52 變護欄形式的舒適指數(基本型態:SN-O-S-01)................98



圖目錄

圖1-1 與本研究相關之研究對象......................................09
圖1-2 與本研究相關之效率評估......................................09
圖1-3 與本研究相關之研究變因......................................11
圖1-4 研究流程圖..................................................15
圖2-1 地球環保與永續校園的關係....................................16
圖2-2 利用樹蔭降低風溫............................................22
圖2-3 利用植栽改變風向............................................22
圖2-4 高層建築與低層建築考慮季風方向的配置原則....................23
圖2-5 建築群引導夏季季風抵禦冬季季風..............................23
圖2-6 建築物長邊面向與風向........................................23
圖2-7 挑簷........................................................24
圖2-8 遮陽版與外牆之間留設狹縫....................................24
圖2-9 縱深淺短的單間形式..........................................25
圖2-10 垂直向的流動空間...........................................25
圖3-1 本研究設定的校舍正立面......................................29
圖3-2 本研究設定的校舍平面........................................29
圖3-3 本研究設定的走廊形式........................................30
圖3-4 本研究設定的走廊寬度........................................30
圖3-5 本研究設定的普通教室尺寸....................................31
圖3-6 本研究設定的遮陽形式........................................32
圖3-7 本研究設定的開窗尺寸........................................33
圖3-8 本研究設定的開窗形式........................................33
圖3-9 本研究設定水平向度的開窗位置................................34
圖3-10 本研究設定垂直向度的開窗位置...............................34
圖3-11 本研究設定的護欄形式.......................................35
圖3-12 虛擬外氣室與模擬對象物.....................................36
圖3-13 入風口的設定...............................................38
圖3-14 出風口的設定...............................................38
圖3-15 牆體粗糙度的設定...........................................38
圖3-16 CFD 數值模擬模型格點系統...................................39
圖3-17 運算型式與紊流模型的設定...................................40
圖3-18 疊代次數的設定.............................................41
圖3-19 三種類型校舍之普通教室氣流檢測點於水平向度的位置...........42
圖3-20 普通教室氣流檢測點於垂直向度的高度.........................43
圖4-1 EW-O-E-01 之普通教室單元風速分佈圖..........................51
圖4-2 EW-O-W-01 之普通教室單元風速分佈圖..........................51
圖4-3 SN-O-S-01 之普通教室單元風速分佈圖..........................52
圖4-4 SN-O-N-01 之普通教室單元風速分佈圖..........................52
圖4-5 單邊走廊型校舍座向為東西向時教室內各測點的風速..............53
圖4-6 單邊走廊型校舍座向為南北向時教室內各測點的風速..............53
圖4-7 變走廊形式之教室內風速分佈圖(基本型態:EW-O-E-01).........55
圖4-8 變走廊形式之教室外風速分佈圖(基本型態:EW-O-E-01).........55
圖4-9 變走廊深度之教室內風速分佈圖(基本型態:EW-O-E-01).........57
圖4-10 變走廊深度之教室外風速分佈圖(基本型態:EW-O-E-01)........57
圖4-11 變遮陽形式之教室內風速分佈圖(基本型態:EW-O-E-01)........59
圖4-12 變遮陽形式之教室外風速分佈圖(基本型態:EW-O-E-01)........59
圖4-13 變遮陽深度之教室內風速分佈圖(基本型態:EW-O-E-01)........61
圖4-14 變遮陽深度之教室外風速分佈圖(基本型態:EW-O-E-01)........61
圖4-15 變開窗形式之教室內風速分佈圖(基本型態:EW-O-E-01)........63
圖4-16 變開窗形式之教室外風速分佈圖(基本型態:EW-O-E-01)........63
圖4-17 變水平向度開窗位置之教室內風速分佈圖(基本型態:EW-O-E-01)65
圖4-18 變水平向度開窗位置之教室外風速分佈圖(基本型態:EW-O-E-01)65
圖4-19 變垂直向度開窗位置之教室內風速分佈圖(基本型態:EW-O-E-01)66
圖4-20 變垂直向度開窗位置之教室外風速分佈圖(基本型態:EW-O-E-01)66
圖4-21 變護欄形式之教室內風速分佈圖(基本型態:EW-O-E-01)........68
圖4-22 變護欄形式之教室外風速分佈圖(基本型態:EW-O-E-01)........68
圖4-23 變走廊形式之教室內風速分佈圖(基本型態:EW-O-W-01)........70
圖4-24 變走廊形式之教室外風速分佈圖(基本型態:EW-O-W-01)........70
圖4-25 變走廊深度之教室內風速分佈圖(基本型態:EW-O-W-01)........72
圖4-26 變走廊深度之教室外風速分佈圖(基本型態:EW-O-W-01)........72
圖4-27 變遮陽形式之教室內風速分佈圖(基本型態:EW-O-W-01)........74
圖4-28 變遮陽形式之教室外風速分佈圖(基本型態:EW-O-W-01)........74
圖4-29 變遮陽深度之教室內風速分佈圖(基本型態:EW-O-W-01)........76
圖4-30 變遮陽深度之教室外風速分佈圖(基本型態:EW-O-W-01)........76
圖4-31 變開窗形式之教室內風速分佈圖(基本型態:EW-O-W-01)........78
圖4-32 變開窗形式之教室外風速分佈圖(基本型態:EW-O-W-01)........78
圖4-33 變水平向度開窗位置之教室內風速分佈圖(基本型態:EW-O-W-01)80
圖4-34 變水平向度開窗位置之教室外風速分佈圖(基本型態:EW-O-W-01)80
圖4-35 變垂直向度開窗位置之教室內風速分佈圖(基本型態:EW-O-W-01)81
圖4-36 變垂直向度開窗位置之教室外風速分佈圖(基本型態:EW-O-W-01)81
圖4-37 變護欄形式之教室內風速分佈圖(基本型態:EW-O-W-01)........83
圖4-38 變護欄形式之教室外風速分佈圖(基本型態:EW-O-W-01)........83
圖4-39 變走廊形式之教室內風速分佈圖(基本型態:SN-O-S-01)........85
圖4-40 變走廊形式之教室外風速分佈圖(基本型態:SN-O-S-01)........85
圖4-41 變走廊深度之教室內風速分佈圖(基本型態:SN-O-S-01)........87
圖4-42 變走廊深度之教室外風速分佈圖(基本型態:SN-O-S-01)........87
圖4-43 變遮陽形式之教室內風速分佈圖(基本型態:SN-O-S-01)........89
圖4-44 變遮陽形式之教室外風速分佈圖(基本型態:SN-O-S-01)........89
圖4-45 變遮陽深度之教室內風速分佈圖(基本型態:SN-O-S-01)........91
圖4-46 變遮陽深度之教室外風速分佈圖(基本型態:SN-O-S-01)........91
圖4-47 變開窗形式之教室內風速分佈圖(基本型態:SN-O-S-01)........93
圖4-48 變開窗形式之教室外風速分佈圖(基本型態:SN-O-S-01)........93
圖4-49 變水平向度開窗位置之教室內風速分佈圖(基本型態:SN-O-S-01)95
圖4-50 變水平向度開窗位置之教室外風速分佈圖(基本型態:SN-O-S-01)95
圖4-51 變垂直向度開窗位置之教室內風速分佈圖(基本型態:SN-O-S-01)96
圖4-52 變垂直向度開窗位置之教室外風速分佈圖(基本型態:SN-O-S-01)96
圖4-53 變護欄形式之教室內風速分佈圖(基本型態:SN-O-S-01)........98
圖4-54 變護欄形式之教室外風速分佈圖(基本型態:SN-O-S-01)........98
圖5-1 四組基本型態之數值模擬風速向量圖............................99


參考文獻 參考文獻

文獻一 中文文獻部分
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文獻二 英文文獻部分
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E05 Melaragno, Michele G.,Wind in architectural and environmental design,New York:Van Nostrand Reinhold,1982
E06 Olgyay, Victor,Design with climate:bioclimatic approach to architectural regionalism,Princeton, N.J.:Princeton University Press,1963
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2005-07-13公開。
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