- 學位論文
應用計算流體力學於建築物風壓及浮力自然通風之初步探討與應用
Preliminary Research and Application of Pressure and Buoyancy Natural Ventilation in Building using Computational Fluid Dynamics
摘要
台灣地處亞熱帶氣候，自然通風條件優良，台北地區通風利用率達41.2 %，高雄地區更達47.9%。對此天然的無本資源，有通風之優良條件。 本文以自然通風換氣方式，應用計算流體力學 ( Computational Fluid Dynamics, CFD )數值方法，探討室內空氣環境。研究部分有三樣： (一) 風壓自然通風於單元平面之通風換氣效果 以單元空間開窗位置、導流板長度、導流板角度及室外風向之探討結果為風壓通風之基礎，藉以瞭解此單元平面之風壓通風導流板特性。結果如下: (1) 導流板長度越長，可將較多環境風導入室內，但要注意其長度之有效性，即：選擇單位長度導流板提供較多通風效果為佳。 (2) 對單元平面而言，可找出一最佳建築座向，作為建築設計參考之用。 (3) 對單元平面而言，若無法選擇最佳建築座向，則可以應用不同導流板角度予以改善。 (二) 浮力自然通風於單元平面之通風換氣效果 以單元立面低層樓、高層樓、煙囪長度、風扇強度及煙囪開口之探討結果為浮力通風之基礎，藉以瞭解此單元立面之浮力通風煙囪特性。結果如下: (1) 多層樓共用一根煙囪，則會有明顯溫度累積在上層樓現象，可用多根煙囪將溫度累積現象予以分散，達到改善效果。 (2) 煙囪長度越長，對通風換氣效果越好，但會有趨於緩和之現象，設計者必須同時考慮經濟性及煙囪長度之關係。 (3) 本節設計三種煙囪開口型式，指出開口一高一低，使氣流流動路徑順暢，會有較良好之通風換氣效果；而開口若設置在較低位置，則會有溫度累積在上方，無處消散，造成室內溫度較高之現象；若開口都設置在較高位置，則氣流沒有固定流暢路線，但又不會有溫度累積現象，故通風效果次之。 (4) 風扇強度越強，通風換氣效果越好，而且趨於緩和現象不明顯，雖要消耗能量，但耗損不多，在浮力通風與風壓通風效果都不良時，可發揮良好效果。 (三) 風壓自然通風於複合空間之通風換氣效果 以複合空間為主體，簡單將自然通風之策略應用其中，期能改善其通風換氣效果，並證明單元空間通風效果也適用於複合空間。結果如下: (1)此部分使用PMV及PPD評估指標，此指標同時考慮了風速、溫度、相對濕度等許多因素，是一客觀又方便的參數。 (2) 複合空間仍然能找出最佳座向，同時可應用導流板進一步改善通風換氣效果。 (3) 以不同導流板長度為探討對象時：導流板長度越長，對氣流影響越大，但不表示一定較好，因為有可能造成氣流過大，導致PMV及PPD評估指標下降。 (4) 不同導流板角度確實會影響複合空間室內通風換氣的效果，但若導流板配置不 適當，則室內氣流反而變差。
並列摘要
Because it is subtropics in Taiwan and it is good for natural ventilation, the purpose of the study is to understand the ventilation effect in a building. The object of the present work is to use computational fluid dynamics (CFD) to study the ventilation properties for three parts below: Part1 The Ventilation Effect under Cross Ventilation in Unit Plane Four examples, including different window locations, different wing wall lengths, different wing wall angles and different inlet airflow angles, are considered for internal flow. Part2 The Ventilation Effect under Buoyant Ventilation in Unit Profile Five examples, including three floors building, ten floors building, different chimney lengths, different fan magnitudes, and different opening configurations, are considered for thermal regulations. Part3 The Ventilation Effect under Cross Ventilation in multi-space The simulations were carried out using a multi-space and the comfortable index are PMV and PPD. Three examples, including different building exposures, different wing wall lengths and different wing wall angles, are considered for internal flow.