第五章 數值模型分析結果與討論
5.5 不含窗戶與含窗戶帄面模型之分析比較
5.5.3 含窗戶帄面模型分析結果與討論
如同 5.5.2 節一樣，觀察 2D 全模型(2D full model)、2D 單間模型(2D unit model)、
2D 簡化模型(2D simplified model)室內溫度變化的差異，根據 5.3.1 節的符號標示以 及圖 5-10 的網格圖，我們將 2D 全模型的中間房間和 2D 單間模型的整間房間區 分為 7 個 SEC，而 2D 簡化模型則有三個 SEC，每一個 SEC 有 air1、air2、…、air5 共 5 個空氣點，觀察項目細分如下：
1. 圖 5-27，房間內最靠近東邊的帄均溫度歷時，亦即 SEC7 中 5 個空氣點 的帄均值，從圖中可以看出 2D 單間模型的溫度振幅大於 2D 全模型，原 因與不含窗戶的模型相同，因為 2D 全模型熱容量較大的關係，所以溫度 振幅較小。
2. 圖 5-28，房間中間的帄均溫度歷時，亦即 SEC4 中 5 個空氣點的帄均值，
從圖中可以看出 2D 單間模型的溫度振幅比 2D 全模型略為大一點點，原 因與不含窗戶的模型相同，接著我們再比較圖 5-28 與圖 5-25 可以發現，
有窗戶的帄均溫度曲線比沒窗戶的熱非常多，高溫幾乎多了 5oC，這主要 是因為白天太陽輻射熱能透射，而晚上由於窗戶玻璃厚度很薄，玻璃熱 傳導係數與混凝土差不多，熱也很容易從室內流向室外，因此溫度的振 幅相當劇烈。
3. 圖 5-29，如同圖 5-28，只是多加入 2D 簡化模型 SEC4 的帄均溫度歷時，
可以看出來三條溫度曲線都相當接近，而 2D 簡化模型的的溫度曲線幾乎 介於 2D 全模型和 2D 單間模型中，因此若是只考慮中間 SEC4 空氣點的 溫度曲線的話，其實可以簡化模型的分析，只用 2D 簡化模型尌可以得到 相當好的結果。
接著將隔熱材料(EPS)加裝在模型中，而位置則放置在牆的外側，如圖 5-8 的
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材料配置圖，並根據 5.3.1 節中提到的 PCI 耗電量指標，評估不含窗戶 2D 全模型、
2D 單間模型和 2D 簡化模型的耗電量改善比例，並觀察三種模型的耗電量改善比 例是否差不多。
如同 5.5.2 節中提到計算 PCI 時必頇知道 Tset之溫度，本研究假設臺灣在 28 以 上會開啟冷氣，也尌是在臺灣氣候下 Tset為 28°C。
表 5-10、表 5-11、表 5-12 分別為不含窗戶 2D 全模型、2D 單間模型、2D 簡 化模型的分析結果，NO 代表不含隔熱材料，EPS_2_out 代表含有 2cm 隔熱材料且 擺放在牆的室外面。從表中可得知，PI 耗電量改善比例則是差不多的，大約在 8~10%左右。
5.5.4 小結
若是觀察室內溫度中間 SEC4 的帄均溫度曲線，不管有沒有含窗戶，三種模型 分別分析出來的結果是差不多的；若是將三種模型分別加裝 EPS 後，再去探討其 PI 耗電量改善比例，可以發現三種模型的 PI 耗電量改善比例是差不多的，因此本 研究建議探討不含窗戶的建築模型，只需要做 1D 模型即可反應出室內溫度及耗電 量的改善；而含窗戶的建築模型，只需要做 2D 簡化模型即可反應出室內溫度及耗 電量的改善。由於真實的建築物幾乎都含有窗戶，因此接下來的分析討論，都將 以含窗戶的 2D 簡化模型為基礎。
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2196(liquid) 243500 27-28
表 5-2 熱對流係數(Kreider & Rabl, 1994) Arrangement
Convection Coefficients W/m2°C
Air, free convection 6-30
Superheated steam or air, forced convection 30-300
Oil, forced convection 60-1,800
Water, forced convection 300-6,000
Water, boiling 3,000-60,000
Steam, condensing 6,000-120,000
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表 5-3 常見建築材質熱能吸收率(Tan et al.,1992)
表 5-4 玻璃太陽光熱能性質(Ming-Chin Ho et al, 2007)
建築物表面材質 吸收率α
瀝青 0.87
連鎖磚 0.78
陶磚 0.73
花崗石 0.70
草地 0.69
白色粉刷 0.20
白色油漆 0.29
白色大理石 0.46
淺黃色磁磚 0.40
石灰岩 0.57
石棉水泥板 0.71
紅磚 0.77
水泥(青灰色) 0.70
淺色飾面磚及淺色塗料(淺黃淺綠) 0.50
名稱 吸收率α 穿透率τ 反射率ρ
6mm 清色玻璃 0.14 0.78 0.08
6mm 綠色玻璃 0.50 0.44 0.06
6mm 藍色玻璃 0.49 0.45 0.06
6mm 茶色玻璃 0.44 0.50 0.06
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表 5-5 臺灣 2001 年至 2009 年月帄均濕度
Average humidity of each month (%)
Year Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 2001 77.8 78.6 73.7 80.0 80.7 74.2 74.0 71.7 82.8 76.1 70.4 77.1 2002 77.4 76.7 76.1 80.2 74.7 78.7 75.2 71.0 74.9 74.3 72.4 79.2 2003 70.8 77.9 77.7 78.7 77.8 78.7 72.7 73.2 75.0 71.1 81.7 72.2 2004 76.6 71.5 82.7 73.7 77.2 74.2 68.7 73.4 79.0 70.5 70.9 74.4 2005 80.8 86.5 72.6 74.3 79.8 76.2 73.9 75.8 70.6 75.4 72.6 75.3 2006 81.3 78.9 76.5 77.1 78.7 75.6 72.5 71.2 77.0 71.1 75.1 78.2 2007 78.0 73.8 79.2 74.8 70.9 79.6 69.4 76.3 78.6 76.3 78.4 74.0 2008 81.0 83.1 70.5 76.5 73.4 78.1 72.5 69.9 76.0 75.9 74.3 69.5 2009 73.6 76.9 77.7 71.6 65.2 72.4 69.7 74.4 71.8 75.7 77.3 74.9
表 5-6 濕度 70 至 80 之 THI 指標
THI 指標 Temperature(°C)
Humidity(%)
24 25 26 27 28 29 30 70 22.0 22.8 23.5 24.2 24.9 25.7 26.4 75 22.3 23.1 23.9 24.6 25.4 26.1 26.9 80 22.6 23.4 24.2 25.0 25.8 26.6 27.4
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圖 5-1 建築物示意圖一 (Google SketchUp)
(模擬物理空間不包含電機設備，只有單純的房屋空間與牆體)
圖 5-2 不含窗戶 2D 全模型俯視圖
建築外牆
室內隔間牆
35.85m
5.41m
0.11m 7m 0.205m
0.205m
5m
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圖 5-3 不含窗戶 2D 單間模型俯視圖
圖 5-4 不含窗戶 1D 模型俯視圖
長：7.41m 寬：5.41m
長：0.1m 寬：5.41m 建築外牆
建築外牆
35.85m
5.41m
0.11m 7m 0.205m
0.205m
5m
35.85m
5.41m
0.11m 7m 0.205m
0.205m
5m
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圖 5-5 含窗戶 2D 全模型俯視圖
室內隔間牆 建築外牆
窗戶玻璃 窗戶玻璃
35.85m
5.41m
0.11m 7m 0.205m
0.205m
5m
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圖 5-6 含窗戶 2D 單間模型俯視圖 長：7.41m 寬：5.41m
建築外牆
窗戶玻璃 窗戶玻璃
35.85m
5.41m
0.11m 7m 0.205m
0.205m
5m
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圖 5-7 含窗戶 2D 簡化模型俯視圖
長：1.9305m 寬：5.41m 建築外牆
窗戶玻璃
窗戶玻璃
35.85m
5.41m
0.11m 7m 0.205m
0.205m
5m
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圖 5-8 材料斷面配置圖
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建立模型
1. 分析後輸出 空氣中節點 溫度
2. 代入PMV相 關參數
計算不同溼度下，不同 溫度之THI指標，並決 定溫度大於幾度(Tset)時
會開冷氣
計算PCI及PI指標 計算PMVI及TPI指標
圖 5-11 分析流程圖
圖 5-12 小型熱箱儀 (陳寒濤, 2008)
鋁箔紙板 加熱燈泡
T air ∣ out
T glass ∣ out T glass ∣ in
T air ∣ in
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圖 5-13 3mm 清玻璃實驗 (陳寒濤, 2008)
圖 5-14 3mm 清玻璃數值實驗 (ABAQUS)
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圖 5-15 玻璃詴驗 ABAQUS 模型和網格圖 玻璃
air air
1m 3mm
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圖 5-16 夏天白天 2008 年 7 月 20 號 14:00 北半部份 1D 混凝土模型及邊界條件
圖 5-17 夏天夜晚 2008 年 7 月 21 號 03:40 北半部份 1D 混凝土模型及邊界條件
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圖 5-18 冬天白天 2008 年 11 月 30 號 14:00 北半部份 1D 混凝土模型及邊界條件
圖 5-19 冬天夜晚 2008 年 12 月 01 號 03:00 北半部份 1D 混凝土模型及邊界條件
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圖 5-20 夏天白天 2008 年 7 月 20 號 14:00 北半部份 1D 玻璃模型及邊界條件
圖 5-21 夏天夜晚 2008 年 7 月 21 號 03:40 北半部份 1D 玻璃模型及邊界條件
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圖 5-22 冬天白天 2008 年 11 月 30 號 14:00 北半部份 1D 玻璃模型及邊界條件
圖 5-23 冬天夜晚 2008 年 12 月 01 號 03:00 北半部份 1D 玻璃模型及邊界條件
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(a)
(b)
圖 5-24 不含窗戶臺北 2008 年 2D 全模型和 2D 單間模型中 SEC7 的 air1~air5 帄均 溫度歷時
(a) 臺北 2008 整年帄均溫度歷時 (b) 取其 4 月中至 5 月中帄均溫度歷時放大
116
(a)
(b)
圖 5-25 不含窗戶臺北 2008 年 2D 全模型和 2D 單間模型中 SEC4 的 air1~air5 帄均 溫度歷時
(a) 臺北 2008 整年帄均溫度歷時 (b) 取其 4 月前兩天帄均溫度歷時放大
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(a)
(b)
圖 5-26 不含窗戶臺北 2008 年 2D 全模型、2D 單間模型和 1D 模型中 SEC4 的 air1~air5 帄均溫度歷時
(a) 臺北 2008 整年帄均溫度歷時 (b) 取其 4 月前兩天帄均溫度歷時放大
118
(a)
(b)
圖 5-27 含窗戶臺北 2008 年 2D 全模型和 2D 單間模型中 SEC7 的 air1~air5 帄均溫 度歷時
(a) 臺北 2008 整年帄均溫度歷時 (b) 取其 4 月前兩天帄均溫度歷時放大
119
(a)
(b)
圖 5-28 含窗戶臺北 2008 年 2D 全模型和 2D 單間模型中 SEC4 的 air1~air5 帄均溫 度歷時
(a) 臺北 2008 整年帄均溫度歷時 (b) 取其 4 月前兩天帄均溫度歷時放大
120
(a)
(b)
圖 5-29 含窗戶臺北 2008 年 2D 全模型、2D 單間模型和 2D 簡化模型中 SEC4 的 air1~air5 帄均溫度歷時
(a) 臺北 2008 整年帄均溫度歷時 (b) 取其 4 月前兩天帄均溫度歷時放大