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系統識別號 U0002-3007200902441400
中文論文名稱 整合型建築外殼之陽台型式結合太陽能風扇對改善室內舒適度影響研究─以淡水地區為例
英文論文名稱 A study of interior comfort improvement influence of Integrate building Facade with balcony and PV system integrated with fans.—Tam-Shui Area for Example.
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 97
學期 2
出版年 98
研究生中文姓名 周佑亮
研究生英文姓名 Yu-Liang Chou
學號 696360295
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2009-06-15
論文頁數 186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 建築外殼  陽台  CFD模擬  舒適性  通風  太陽輻射熱 
英文關鍵字 Building skin  Balcony  CFD simulation  Comfortable  Passive ventilation  Solar Radiation 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 隨著地球環境的異變與全球溫暖化現象的日益明顯,室外溫熱環境的改變,使以自然通風為主的住宅類建築物,產生室內舒適健康程度的不良影響,在建築上應以節能及建築外殼設計手法改善此現象。本研究以住宅外殼開口部之採光、遮陽、通風、換氣、調溼等機能進行實驗及模擬比較研究,整體研究目的主要為:1.對建築外殼型態及元素做統整及分析,討論整合性外殼之架構,提出住宅常用外殼改善之最佳效益及可行性之選擇。2.檢討住宅之外殼陽台結合太陽能風扇之實驗數據影響及改善效益,達到舒適、健康性且節能之住宅外殼型態。提供國內住宅之設計參考或住宅整建之依據。3.實驗以實測及模擬討論建築外殼形式影響之差異,探討運用模擬與實驗誤差及合適性。
章節內容概述如下:
第一章 說明研究動機、研究目的、研究動範圍、研究架構流程、及研究方法
第二章 分析建築外殼型態及住宅外殼之案例分析,探討台灣住宅外殼改善之可能性及台灣常用之型式相關統計及法規。
第三章 討論住宅外殼在改善舒適度上之相關策略及基準。包含外殼開口部構造之環境控制、室內舒適基準及改善之研究對策。
第四章 足尺實驗之說明及環境模型設定,包含環境設定,模型尺寸及量測方式,分析實際環境在不同節氣下,量測不同陽台形式之影響數值與統計,探討各外殼之改善效益。分為5組不同外殼形式之做為實測模型。
第五章 以電腦模擬軟體CFD及Ecotect模擬不同節氣之環境設定下,計算不同陽台形式下對室內空間之影響。探討在七組不同外殼形式,八種氣候環境及開窗及風扇設定,兩個方位之模擬結果。
第六章 總結在七種外殼陽台形式在不同節氣及方位下,對室內環境之改善效果及影響,提供住宅外殼設計上之建議。探討不同模擬量測下之數值關係及差異,作為模擬及實測之間精確度及可行性之比較。
英文摘要 Along with the different change of terrestrial environment with and global warming phenomenon is obvious. The outdoor environment's change is warming up. For this reason, the Housing building style of the natural ventilation damage, the indoor comfortable effect. It should save energy and design the building skin to improve adverse effect.
This research of aspect of lighting, shading devices, well ventilated, air change, the humidity and so on functions of housing building skin opening using carry on the experiment and the simulation compared studies, the whole research content is mainly:
First, analyze and integrate the building skin type. Second discussion construction of conformability building skin. The third, proposes the best improvement and the feasible option of usual housing building skin.
1.First, analyze and integrate the building skin type. Second discussion construction of conformability building skin. The third, proposes the best improvement and the feasible option of usual housing building skin.
2.To Examines the influence and the improvement of the housing building Facade about balcony and PV system integrated with fans. To achieves the comfortably and healthy, moreover to save energy for the style of building skin. To provides the design style of Taiwan housing or the basic of reforming housing.
3.The experiment bases upon the actual survey and discusses the difference of building skin type with simulation. To explore error of utilization simulation and the proper building skin type.
論文目次 目錄

第1章 緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-1-1 研究動機 1
1-1-2 研究目的 2
1-2 研究範圍與架構 3
1-2-1 研究範圍 3
1-2-2 研究內容架構 6
1-3 研究流程與研究方法 9
1-3-1 研究流程 9
1-3-2 研究方法 10
1-4 文獻回顧 12
第2章 建築外殼分析 17
2-1 建築外殼型態案例分析 17
2-1-1 外殼與建築使用型態案例分析 17
2-1-2 建築外殼型態系統分析 25
2-1-3 未來建築外殼型態 27
2-2 住宅外殼架構 29
2-2-1 住宅型態與外殼 29
2-2-2 住宅外殼國內外案例 31
2-2-3 住宅設計與整建 35
2-3 台灣住宅之狀態 36
2-3-1 台灣住宅之現況統計 36
2-3-2 台灣住宅外殼型態 39
2-3-3 台灣住宅外殼相關法規與案例分析 40
2-4 小結 41
第3章 住宅外殼整合與舒適度影響及策略 43
3-1 環境控制與節能構造 43
3-1-1 採光 43
3-1-2 遮陽 44
3-1-3 通風換氣 46
3-1-4 牆面隔熱 49
3-1-5 太陽能 51
3-2 室內舒適度與健康性 54
3-2-1 空間熱負荷 54
3-2-2 室內空氣品質 55
3-2-3 人體生理 58
3-2-4 室內環境氣候 59
3-2-5 評估基準 60
3-3 整合性陽台改善對策 64
3-2-1 通風換氣 64
3-2-2 陽台遮陽及採光 65
3-2-3 結合太陽能 66
第4章 太陽光電板風扇結合陽台實驗紀錄 67
4-1 實驗室空間建構說明 67
4-1-1 實驗室空間說明 67
4-1-2 實驗時間與環境 69
4-2 實驗方法說明 72
4-2-1實驗計畫 72
4-2-2 實驗調整與設定 79
4-3 實測實驗與模擬設定 83
4-3-1 實驗組數實際量測狀況 83
4-3-2 實驗數據分析 83
4-3-3 實測小結與模擬設定 96
第5章 實驗數據歸納與比對 98
5-1 CFD實驗模擬設定 98
5-1-1 CFD模擬架構 98
5-1-2 CFD模擬參數設定 104
5-2 CFD實驗模擬數據分析 109
5-2-1 CFD模擬模型數據比對 109
5-2-2 CFD模擬模型實測數據比對 121
5-3 Ecotect模擬實驗 125
5-3-1 Ecotect模擬架構 125
5-3-2 Ecotect模擬模型設定 126
5-3-3 Ecotect模擬數據 129
5-3-4 Ecotect3D模擬數據 134
第6章 結論與建議 141
6-1 結論 141
6-1-1 外殼對室內環境之改善 141
6-1-2 模擬、實測與氣候誤差關係 143
6-2 後續建議 143
參考書目 145
附錄 146
附錄一 146
附錄二 147
附錄三 CFD 150
附錄四 Ecotect 176

表目錄
表 1 1 研究範圍 3
表 1 2 研究內容 6
表 1 3 外殼型態內容 6
表 1 4 物殼環境與外殼結構圖 7
表 1 5 模擬實驗設定 8

表 2 1 建築使用與外殼型態 19
表 2 2 建築外殼型態分析 25
表 2 3 台灣建築執照統計 29
表 2 4 住宅外殼類型 30
表 2 5 住宅類型統計 37
表 2 6 住宅用電評估 38
表 2 7 本土多層外殼系統 39
表 2 8 技術規則檢討 40

表 3 1 漫射光度可及性與天穹分類之相關探討 43
表 3 2 室內照度標準 44
表 3 3 淡水之遮陽採光分析 45
表 3 4 通風換氣類型 46
表 3 5 換氣量規範 48
表 3 6 太陽能電池種類 52
表 3 7 室內空氣質 56
表 3 8 濕度表示方式 60
表 3 9 風速與人體舒適性 60
表 3 10 人體舒適感 62
表 3 11 ISO有效的狀態之量測範圍 63
表 3 12 室內環境標準 63
表 3 13 遮陽板效益範圍 65

表 4 1 2008-2009節氣日期 70
表 4 2 節氣與太陽角度 70
表 4 3 氣象資料月平均值 71
表 4 4 儀器詳細資料 72
表 4 5 實驗變因 79
表 4 6 逐月平均太陽輻射能量與光墊板之最佳效益角度 80
表 4 7 冬季氣候月平均值 81
表 4 8 春季氣候月平均值 81
表 4 9 夏季氣候月平均值 82
表 4 10 秋季氣候月平均值 82
表 4 11 實測狀況 83
表 4 12 分析位置圖 86
表 4 13 實測模擬差異表 96
表 4 14 使用之氣象資料數據 97

表 5 1 統御方程式 99
表 5 2 電腦模擬流場之基本假設 100
表 5 3 環境初始參數 105
表 5 4 模組代號 105
表 5 5 風速量值設定 105
表 5 7 模擬外牆溫度設定表 106
表 5 6 實測模擬外牆溫差與輻射量表 106
表 5 8 東向開窗型式受照輻射量 107
表 5 9 東向開窗型式太陽輻射量 107
表 5 10 南向外殼型式受照輻射量 108
表 5 11 分析模組代號 109
表 5 12 測點位置 109
表 5 13 舒適度設定值 109
表 5 14 CFD節氣2測點數值及差異 111
表 5 15 CFD節氣7測點數值及差異 113
表 5 16 CFD節氣2測點數值及差異(南向) 115
表 5 17 CFD節氣7測點數值及差異(南向) 117
表 5 18 東向150cm陽台各節氣CFD測點數值 119
表 5 19 南向150cm陽台各節氣CFD測點數值 121
表 5 20 測點3之各組CFD溫度數值 122
表 5 21 測點3之各組CFD溫度數值 123
表5 22 Ecotect模擬數值 125
表5 23 舒適環境時數比例 129
表5 24 各模組照度比例 134
表5 25 照度百分比 135
表5 26 照度 135
表5 28 各組夏天南向輻射熱 136
表5 27 各組夏天東向輻射熱平面 136
表5 29 各組夏天東向輻射熱數值 137
表5 30 各組夏天南向輻射熱數值 137
表5 31 各組冬天東向輻射熱 138
表5 33 各組冬天東向輻射熱數值 139
表5 34 各組冬天南向輻射熱數值 139
表5 32 各組冬天南向輻射熱 139


圖目錄
圖 1 1 全球環境趨勢 1
圖 1 2 研究分析關係 3
圖 1 3 外殼與環境關係 7

圖 2 1 建築外殼形態 18
圖 2 2 建築外殼形態 18
圖 2 3 外殼構法形式 26
圖 2 4 外殼材料 26
圖 2 5 台灣建築執照統計 29
圖 2 6 住宅外殼形態 31
圖 2 7 住宅類型百分比 37
圖 2 8 住宅用電曲線 38

圖 3 1 遮陽採光 45
圖 3 2 機械換氣 47
圖 3 3 換氣類型 48
圖 3 4 開窗方式 49
圖 3 5 外殼類型 50
圖 3 6 太陽能原理電池 51
圖 3 7 太陽能系統 52
圖 3 8 著衣量數值計算 59
圖 3 9 PMV與PPD計算原理 62
圖 3 10 台灣氣候 64

圖 4 1 實驗屋位置圖 67
圖 4 2 合作實驗室平面圖 67
圖 4 3 實驗屋平面圖 68
圖 4 4 實驗屋照片 68
圖 4 5 實驗屋照片 73
圖 4 6 臥室測點高度可能性 74
圖 4 8 100cm太陽光電通風 75
圖 4 7 書房廚房測點高度可能性 75
圖 4 9 100cm陽台太陽能太陽光電通風 76
圖 4 10 150cm陽台太陽光電通風 76
圖 4 11 150cm陽台太陽光電通風 77
圖 4 12 150cm格柵陽台太陽光電通風 77
圖 4 13 150cm格柵陽台太陽光電通風 77
圖 4 15 各組量測照片 78
圖 4 14 陽台組構圖 78
圖 4 16 光電板之結構詳 80
圖 4 17 季節光電換氣 81
圖 4 18 高度150A、B室預備實驗曲線 84
圖 4 19 同點預備實驗曲線 84
圖 4 20 高度105A、B室預備實驗曲線 84
圖 4 21 測點B高 150、105預備實驗曲線 85
圖 4 22 測點B高 150、75預備實驗曲線 85
圖 4 23 測點B高75、150預備實驗曲線 85
圖 4 24 測點平面 86
圖 4 25 組1溫濕度曲線 87
圖 4 26 組2溫濕度曲線 88
圖 4 27 組3溫濕度曲線 89
圖 4 28 組4溫濕度曲線 90
圖 4 29 組5溫濕度曲線 91
圖 4 30 組6溫濕度曲線 92
圖 4 31 組7溫濕度曲線 93
圖 4 32 組8溫濕度曲線 94
圖 4 33 組9溫濕度曲線 95

圖 5 1 PHOENICS運算流程 100
圖 5 2 流體模型參數設定 101
圖 5 3 邊界範圍 102
圖 5 4 格點系統 102
圖 5 5 收斂疊代次數 103
圖 5 6 鬆弛係數 103
圖 5 7 CFD設定關係圖 104
圖 5 8 CFD節氣2溫度場風速場平面剖面 110
圖 5 9 CFD節氣2測點數值曲線 111
圖 5 10 CFD節氣7溫度場風速場平面剖面 112
圖 5 11 CFD節氣7測點數值曲線 113
圖 5 12 CFD節氣2溫度場風速場平面剖面(南向) 114
圖 5 13 CFD節氣2測點數值曲線(南向) 115
圖 5 14 CFD節氣7溫度場風速場平面剖面(南向) 116
圖 5 15 CFD節氣7測點數值曲線(南向) 117
圖 5 16 東向150cm陽台各節氣CFD溫度場風速場平面剖面(南向) 119
圖 5 17 150cm東向陽台各節氣CFD測點數值曲線 119
圖 5 18 南向150cm陽台各節氣CFD溫度場風速場平面剖面(南向) 120
圖 5 19 南向150cm陽台各節氣CFD測點數值曲線 121
圖 5 20 測點3之各組CFD溫度曲線 122
圖 5 21 測點3之各組CFD風速曲線 123
圖 5 22 2000-2007年平均溫度 126
圖 5 23 氣象資料匯入 126
圖 5 24 淡水2008及歷年平均溫度 127
圖 5 25 淡水台北氣象資料 127
圖 5 26 Ecotect各組模型 128
圖 5 27 建模圖層區域 128
圖 5 28 材質相關設定 128
圖 5 29 至熱日溫度曲線 130
圖 5 30 至熱日溫差 130
圖 5 31 至寒日溫差 130
圖 5 32 至寒日溫差 131
圖 5 33 東向空間熱得曲線 131
圖 5 34 東向空間熱散失曲線 131
圖 5 35 南向空間熱散失曲線 132
圖 5 36 南向空間熱得曲線 132
圖 5 37 D組東向全年逐時輻射量 133
圖 5 38 D組南向全年逐時輻射量 133
圖 5 39 東向南向之全年逐月輻射量曲線 133
圖 5 40 Ecotect照度設定 134
圖 5 41 Ecotect夏天太陽輻射熱設定 135
圖 5 42 Ecotect冬天太陽輻射熱設定 138



參考文獻 王文安
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2006 〈開放住宅立面整合系統原型足尺模型之建構〉內政部建築研究所委託研究報告。
論文使用權限
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