電腦數值解析應用於電腦數值解析應用於空間細部環境設計之探討空間細部環境設計之探討

Applications on Numerical Simulation for theApplications on Numerical Simulation for theDetailed Design of Indoor EnvironmentDetailed Design of Indoor Environment

周伯丞周伯丞 樹德科技大學室內設計系助理教授樹德科技大學室內設計系助理教授張桂鳳張桂鳳 國立成功大學建築系博士生國立成功大學建築系博士生林世峰林世峰 樹德科技大學應用設計研究所研究生樹德科技大學應用設計研究所研究生

前言前言

為能在建築規劃設計階段將建築節能納入考量，並能初為能在建築規劃設計階段將建築節能納入考量，並能初步得到空間物理量化的數據，經驗累積判斷與數值計算步得到空間物理量化的數據，經驗累積判斷與數值計算預測是常被應用的方式。其中，電腦數值模擬具有穩定預測是常被應用的方式。其中，電腦數值模擬具有穩定的數學基礎，此外，在缺乏足夠相關資訊難以作出正確的數學基礎，此外，在缺乏足夠相關資訊難以作出正確的經驗判斷之際，數值模擬則是可行的科學工具，來預的經驗判斷之際，數值模擬則是可行的科學工具，來預測室內物理環境之效果。因此本研究將分別以：測室內物理環境之效果。因此本研究將分別以：1.1. 教室教室光環境光環境2.2.辦公大樓節能辦公大樓節能3.3.工作空間空氣環境探討工作空間空氣環境探討等三個等三個相關研究成果為電腦數值模擬應用於空間細部環境設計相關研究成果為電腦數值模擬應用於空間細部環境設計之探討。之探討。

綜合歸納評估結果在以「健康」與「能源」的考量下與綜合歸納評估結果在以「健康」與「能源」的考量下與前期之相關研究成果，提供作為空間環境設計者直觀的前期之相關研究成果，提供作為空間環境設計者直觀的建議參考，期能給予未來空間環境細部設計加入更完整建議參考，期能給予未來空間環境細部設計加入更完整以及定量的「室內物理環境」的思考面向。以及定量的「室內物理環境」的思考面向。

研究方法研究方法

在電腦數值模擬解析應用於空在電腦數值模擬解析應用於空間細部環境設計上，本研究間細部環境設計上，本研究在空間環境上分為光環境與在空間環境上分為光環境與溫熱環境作一討論與研究：溫熱環境作一討論與研究：

光環境模擬光環境模擬光環境部分是採用先進的光環境部分是採用先進的

RadiosityRadiosity及及Ray TracingRay Tracing圖圖型計算方式相互搭配的三度型計算方式相互搭配的三度空間即時分析模擬軟體，其空間即時分析模擬軟體，其原理是以光線近似熱輻射傳原理是以光線近似熱輻射傳導為基礎配合材料折射、反導為基礎配合材料折射、反射特性的計算方式。射特性的計算方式。

模擬光環境照度分布色階圖模擬光環境照度分布色階圖

模擬光環境格點分布圖模擬光環境格點分布圖

(2)(2) 處理階段處理階段 (3)(3) 輸出階段輸出階段(1)(1) 準備階段準備階段

工作流程工作流程

光環境數值模擬流程光環境數值模擬流程

依實際空間條件依實際空間條件光源光源燈具定義燈具定義

依實際空間條件依實際空間條件確定方位確定方位指北針指北針

設定東經設定東經 120120°°地理位置地理位置經度經度

設定北緯設定北緯 2222°°地理位置地理位置緯度緯度

依實際空間條件依實際空間條件

實測值實測值

設定值設定值

確定日照強度確定日照強度天空狀況天空狀況

光能傳遞處理光能傳遞處理材質反射率材質反射率

作用作用設定名稱設定名稱

光環境模擬之條件設定光環境模擬之條件設定

空氣環境模擬空氣環境模擬 計算流體力學（計算流體力學（ComputationalComputational

Fluid DynamicsFluid Dynamics，簡稱，簡稱CFDCFD）是於）是於經典流動力學、數值計算方法和經典流動力學、數值計算方法和計算機技術等基礎上建立而來計算機技術等基礎上建立而來的，它是研究流體動力學諸方程的，它是研究流體動力學諸方程的數值解法以及用數值方法來解的數值解法以及用數值方法來解析流體流動現象；解析方式可分析流體流動現象；解析方式可分為直接數值解析（為直接數值解析（DNS, DirectDNS, DirectNumerical SimulationNumerical Simulation）、大渦）、大渦模擬（模擬（LES, Large EddyLES, Large EddySimulationSimulation）以及雷諾平均數值）以及雷諾平均數值模擬（模擬（RANS, Reynolds AveragedRANS, Reynolds AveragedNavierNavier--StokesStokes），本研究亦採用），本研究亦採用CFDCFD技術，以技術，以kk--εε紊流模型作為室紊流模型作為室內流場計算基礎。內流場計算基礎。

計算流體力學運用在建築與室內流場之應用計算流體力學運用在建築與室內流場之應用

工作空間網格系統圖工作空間網格系統圖

本研究主要探討是室本研究主要探討是室內之溫度場與內之溫度場與CO2CO2濃濃度場，解析溫度場之度場，解析溫度場之主要目的是為了觀察主要目的是為了觀察穩態下之不同通風路穩態下之不同通風路徑之差異，而濃度場徑之差異，而濃度場則是要藉著暫態分則是要藉著暫態分析，瞭解濃度隨時間析，瞭解濃度隨時間變化的情形。本研究變化的情形。本研究案例空間於案例空間於CFDCFD數值數值解析上作了以下的基解析上作了以下的基本假設。本假設。

穩態流場（穩態流場（Steady StateSteady State）（風速、壓力場））（風速、壓力場）暫態流場（暫態流場（Unsteady StateUnsteady State（濃度場）（濃度場）紊流流場（紊流流場（Turbulence FlowTurbulence Flow））考慮重力的影響考慮重力的影響忽略牆面摩擦係數忽略牆面摩擦係數採用泛用牆函數（採用泛用牆函數（Wall FunctionWall Function））三維直角座標（三維直角座標（Cartesian CoordinateCartesian Coordinate））不可壓縮流場（不可壓縮流場（Incompressible FlowIncompressible Flow））

氣流氣流場溫場溫度場度場

外氣外氣CO2CO2背景濃度不變（背景濃度不變（385ppm385ppm））COCO22不參與任何化學反應不參與任何化學反應COCO22與空氣為共存氣體（按體積分配）與空氣為共存氣體（按體積分配）COCO22屬理想氣體狀態屬理想氣體狀態

COCO22濃濃度場度場

基基 本本 假假 設設計算計算類別類別

解析計算域之假設解析計算域之假設

空間空間11201120××820820××350 cm350 cm

東南向單邊採光東南向單邊採光

吊掛式之半直接照明吊掛式之半直接照明

燈具配置為四排三列燈具配置為四排三列1212盞盞jjjj

燈具高度燈具高度248248公分，作業公分，作業

(燈管36W 2支)螢光燈

面高度72公分

教室剖立面圖

教室邊界尺寸與照明系統配置

多點同步量測儀器系統

研究場所空間與裝置研究場所空間與裝置教室光環境教室光環境教室光環境

晚間開燈關窗廉 - Case E 夏季上午開燈關窗簾 -Case A(1)

夏季下午開燈關窗簾 -Case B(1)

Lx1400+1300 to 14001200 to 13001100 to 12001000 to 1100900 to 1000800 to 900700 to 800600 to 700500 to 600400 to 500300 to 400

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800 880 960 1040 11200

80

160

240

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400

480

560

640 300

400

400

400

500

500

500

500

600

600 600

600

600

600600

700

700

700

700

700

700

700 700 700

800

800

Lx1400+1300 to 14001200 to 13001100 to 12001000 to 1100900 to 1000800 to 900700 to 800600 to 700500 to 600400 to 500300 to 400

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800 880 960 1040 11200

80

160

240

320

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480

560

640 300

400

400

400

500

500

500

600

600 600600

600

600

600 600

700

700

700

700

700

700

700 700 700

800

800

Lx1400+1300 to 14001200 to 13001100 to 12001000 to 1100900 to 1000800 to 900700 to 800600 to 700500 to 600400 to 500300 to 400

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800 880 960 1040 11200

80

160

240

320

400

480

560

640 300

400

400

400

500

500

500

500

600

600 600

600

600

600

700

700

700

700

700700

700 700 700 700

800

800

平均照度值：606 lx均齊度為：0.52

平均照度值：614 lx均齊度為：0.50

平均照度值：613 lx均齊度：0.50

夏季上午開燈開窗廉 -Case A(2)

冬季上午關燈開窗廉 -Case C

夏季下午開燈開窗廉 -Case B(2)

Lx1400+1300 to 14001200 to 13001100 to 12001000 to 1100900 to 1000800 to 900700 to 800600 to 700500 to 600400 to 500300 to 400

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800 880 960 1040 11200

80

160

240

320

400

480

560

640

1000

1500

2000

20002500

300035004000 4000

Lx1400+1300 to 14001200 to 13001100 to 12001000 to 1100900 to 1000800 to 900700 to 800600 to 700500 to 600400 to 500300 to 400

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800 880 960 1040 11200

80

160

240

320

400

480

560

640

500

500

1000

1500

200025003000

3500

35004000

4000

45004500

5000 5000

Lx1400+1300 to 14001200 to 13001100 to 12001000 to 1100900 to 1000800 to 900700 to 800600 to 700500 to 600400 to 500300 to 400

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800 880 960 1040 11200

80

160

240

320

400

480

560

640

500

1000

1000

1500

200020002500 2500

平均照度值：1359 lx均齊度：0.37

平均照度值：1578 lx均齊度：0.30

平均照度值：992 lx均齊度：0.32

無晝光

無晝光影響的模組

影響的模組

有晝有晝光光影響的模組

影響的模組

室內照度場檢討室內照度場檢討教室光環境教室光環境教室光環境

Case E Case A(2) Case B(2) Case C Case D

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800 880 960 104011200

80

160

240

320

400

480

560

640 300

400

400

400

500

500

500

500

600

600 600

600

600

600 600

700

700

700

700

700

700

700 700 700

800

800

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800 880 960 104011200

80

160

240

320

400

480

560

640

1000

1500

2000

20002500

300035004000 4000

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800 880 960 104011200

80

160

240

320

400

480

560

640

500

1000

1000

1500

200020002500 2500

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800 880 960 104011200

80

160

240

320

400

480

560

640

500

500

1000

1500

200025003000

3500

35004000

4000

45004500

5000 5000

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800 880 960 104011200

80

160

240

320

400

480

560

640 300

400

400

400

500

500

500

500

600600

600

600

700

700700

700

800

800

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800 880 960 104011200

80

160

240

320

400

480

560

640

500

1000

1500

200025003000

3500 4000

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800 880 960 104011200

80

160

240

320

400

480

560

640

500

1000

1000

1500

2000 20002500 2500 2500

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800 880 960 104011200

80

160

240

320

400

480

560

640

1000

2000

3000

4000 4000

5000 5000

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800 880 960 104011200

80

160

240

320

400

480

560

640

200 200

200

400

600

800

10001000

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800 880 960 104011200

80

160

240

320

400

480

560

640

200200

400

600

800

1000

實測之照度場

模擬之照度場

照度場分佈趨勢方面

實驗數據與數值模擬之比對實驗數據與數值模擬之比對教室光環境教室光環境教室光環境

模組 實測結果 模擬結果 相關性

平均照度值606 lx 平均照度值611 lx

晚間開燈關窗簾模組

( Case E) 均齊度0.52 均齊度0.49R2=0.87

平均照度值1359 lx 平均照度值1419 lx夏季上午開燈開窗廉模組

( CaseA(2) ) 均齊度0.37 均齊度0.36R2=0.96

平均照度值992 lx 平均照度值1042 lx夏季下午開燈開窗廉模組

( Case B(2) ) 均齊度0.32 均齊度0.31R2=0.96

平均照度值1578 lx 平均照度值1554 lx冬季上午關燈開窗廉模組

( Case C) 均齊度0.30 均齊度0.32R2=0.97

平均照度值399 lx 平均照度值410 lx冬季下午關燈開窗廉模組

( Case D) 均齊度0.44 均齊度0.31R2=0.98

y = 0.9999xR2 = 0.8795

0

200

400

600

800

1000

0 200 400 600 800 1000實測值 (lx)

模擬值

(lx)

照度值

線性 (照度值)

R2 = 0.87

y = 1.0202xR2 = 0.9656

0

900

1800

2700

3600

4500

0 900 1800 2700 3600 4500實測值 (lx)

模擬

值(l

x)

照度值

線性 (照度值)

R2 = 0.96y = 1.0062xR2 = 0.9674

0

600

1200

1800

2400

3000

0 600 1200 1800 2400 3000實測值 (lx)

模擬

值(l

x)

照度值

線性 (照度值)

R2 = 0.96 y = 1.0004xR2 = 0.9773

0

1200

2400

3600

4800

6000

0 1200 2400 3600 4800 6000實測值 (lx)

模擬

值(l

x)

照度值

線性 (照度值)

R2 = 0.97

y = 1.0334xR2 = 0.9849

0

300

600

900

1200

1500

0 300 600 900 1200 1500實測值 (lx)

模擬

值(l

x)

照度值

線性 (照度值)R2 = 0.98

實驗數據與數值模擬之比對實驗數據與數值模擬之比對教室光環境教室光環境教室光環境

境界設定(教室剖面)

(1) (2) (3)

照明設定

● 東南向單邊自然採光

● 無設置改善方案● 未開燈(人工光源)

● 東南向單邊自然採光

● 加設改善方案● 未開燈(人工光源)

● 東南向單邊自然採光

● 加設改善方案● 單邊開燈(人工光源)

08:00平均照度 589 LX

均齊度 0.76平均照度 138 LX

均齊度 0.45平均照度 332 LX

均齊度 0.54

10:00平均照度 4504 LX

均齊度 0.13平均照度 1381 LX

均齊度 0.30平均照度 1574 LX

均齊度 0.51

12:00平均照度 4645 LX

均齊度 0.14平均照度 1619 LX

均齊度 0.36平均照度 1813 LX

均齊度 0.57

14:00平均照度 1430 LX

均齊度 0.34平均照度 1165 LX

均齊度 0.37平均照度 1358 LX

均齊度 0.61

16:00平均照度 695 LX

均齊度 0.34平均照度 459 LX

均齊度 0.41平均照度 653 LX

均齊度 0.63

(1)

(2)

(3)

不同境界設定解析結果不同境界設定解析結果教室光環境教室光環境教室光環境

本研究針對單邊採光教室的採光照明環境，進行客觀定量的評估以及建立評本研究針對單邊採光教室的採光照明環境，進行客觀定量的評估以及建立評估的工具，以預測單邊採光教室晝光利用的可行性與改善方案，提供設計者與使估的工具，以預測單邊採光教室晝光利用的可行性與改善方案，提供設計者與使用者於建築設計規畫階段之參考。在研究方法上，本研究運用用者於建築設計規畫階段之參考。在研究方法上，本研究運用LightscapeLightscape可視化可視化模擬之電腦解析，配合教室實驗場之實測數據，對室內照度物理量值進行驗證比模擬之電腦解析，配合教室實驗場之實測數據，對室內照度物理量值進行驗證比對。對。

本研究結果可歸納以下小結：本研究結果可歸納以下小結：

本研究之遮陽板暨導光設置則是借由反射將直射光轉換成漫射光，提高照明品質，並將其漫射光導入室內深處，改善作業面照度相差懸殊之問題，以提升室內均齊度，其改善效果之最低均齊度達0.30，最高可達0.45

4. 遮陽板暨導光設置對東南向單邊採光教室採光照明品質效果之影響3. 預測工具檢證方面

對於Lightscape可視化之數值預測工具之檢證，本研究採用教室實驗場之實驗數據進行比對。在照度分佈趨勢方面，數值模擬與量測結果之趨勢相當吻合。在物理量值方面，在只有人工照明的比對，結果顯示兩均具有高相關性(R2達0.87)，在人工照明與自然光同時的比對，結果顯示兩均具有高相關性(R2達0.96)，在只有自然光的比對，結果顯示兩均具有高相關性(R2達0.97)，對於室內有可能進行的照明方式，結果都顯示均具有高相關性，可提供設計者與使用者於室內照明設計規畫階段之參考

5. 遮陽板暨導光設置對東南向單邊採光教室之照明節能效能

在附加遮陽板暨導光設置後對於東南向東南向單邊採光教室在晝光利用的照明品質有相對的改善，但均齊度低於建議標準值0.5，在合乎教室照明環境指標的前提下，採只開單邊人工照明，在垂直採光面照明系統配置的折衷方案，全年晴天時段亦可優於教室照明環境指標的照明品質之要求。相對能減少本案例之日間34.6%(節省之照明燈數×高雄日照率%=2/3×52%)的照明用電。

2. 室內光環境預測方面

透過文獻整理歸納，本研究採用Lightscape可視化之數值解析技術，進行室內光環境照度場之模擬。針對建築空間幾何邊界之不同室內建材特性，採用可及性模型分析，以及光跡追蹤法和漸進式熱輻射法的演算特性對室內光能場模擬。並就空間模型、地理位置與材質的反射、透射的演算係數，建立合理的設定程序與參數設定，確定數值數擬結果的穩定性，以提供作為後續研究之參考。

1.1. 南台灣單邊採光教室晝光利用特徵方面南台灣單邊採光教室晝光利用特徵方面

對於對於台灣亞熱帶氣候環境台灣亞熱帶氣候環境，由教室，由教室實驗場的實測數據與模擬數值解析，發實驗場的實測數據與模擬數值解析，發現在日間日照充足的環境條件下，東南現在日間日照充足的環境條件下，東南向單邊採光教室在晝光利用時，雖然室向單邊採光教室在晝光利用時，雖然室內平均照度充足，且都在標準值內平均照度充足，且都在標準值500500LuxLux之上，但也因之上，但也因日照直射光日照直射光容易造成容易造成室內室內照度分佈不均照度分佈不均，，均齊度偏低均齊度偏低。。

小節小節教室光環境教室光環境教室光環境

本研究案一之空間為一仍在使用中之辦本研究案一之空間為一仍在使用中之辦公大樓作為一研究對象，以實際案例從公大樓作為一研究對象，以實際案例從改善前、改善過程及改善後作一完整評改善前、改善過程及改善後作一完整評估分析估分析

本辦公大樓位於台灣南部本辦公大樓位於台灣南部——高雄市都會高雄市都會區，本大樓面臨南面區，本大樓面臨南面6060米寬道路，東鄰米寬道路，東鄰6060米寬道路，北面鄰米寬道路，北面鄰1515公尺道路及西鄰公尺道路及西鄰1010公尺道路，為完工使用約十三年之辦公尺道路，為完工使用約十三年之辦公建築物，該建物為地上十一層、地下公建築物，該建物為地上十一層、地下二層之建築物，整棟建築之主要用途為二層之建築物，整棟建築之主要用途為開放型辦公工作環境，所以設計上以長開放型辦公工作環境，所以設計上以長方形平面處理，建築物中央為一採光中方形平面處理，建築物中央為一採光中庭，其中庭屋頂採空間桁架採光，以適庭，其中庭屋頂採空間桁架採光，以適切引入自然光；地下一層即中庭下方並切引入自然光；地下一層即中庭下方並設置設置10001000人禮堂之會議空間。人禮堂之會議空間。

建築本體：採用模距化的規劃，室內空建築本體：採用模距化的規劃，室內空間則為彈性隔間的設計，讓辦公空間能間則為彈性隔間的設計，讓辦公空間能夠因應時代不同、使用不同而做彈性調夠因應時代不同、使用不同而做彈性調整。整體建築造型為一對稱的量體造整。整體建築造型為一對稱的量體造型，東西南北四個方位之相同型式之立型，東西南北四個方位之相同型式之立面設計；建築物外觀主要為水平帶窗開面設計；建築物外觀主要為水平帶窗開口設計，其開口部位，並無任何退縮及口設計，其開口部位，並無任何退縮及遮陽板之設計。遮陽板之設計。

環境區位環境區位

圖2-9 低層實測佈點位置

三層東南側測點

一層西側測點 二層東側測點

N

辦公大樓節能改善辦公大樓節能改善辦公大樓節能改善

工務局局長室

N

0 120 240 360 4800

75

150

225

300

375

450

525

600

Lux4000.0+3681.8 to 4000.03363.6 to 3681.83045.5 to 3363.62727.3 to 3045.52409.1 to 2727.32090.9 to 2409.11772.7 to 2090.91454.5 to 1772.71136.4 to 1454.5818.2 to 1136.4500.0 to 818.2

0 120 240 360 4800

75

150

225

300

375

450

525

600

5001000

1500

2000

25003000

35004000

45005000

現況模擬 改善模擬

辦公大樓節能改善辦公大樓節能改善辦公大樓節能改善 光環境實測解析光環境實測解析

建築外部表層受日照模擬

鄰棟高層建築陰影之影響

外部光環境模擬外部光環境模擬辦公大樓節能改善辦公大樓節能改善辦公大樓節能改善

實測結果

模擬結果

0 120 240 360 4800

75

150

225

300

375

450

525

600

Lux4000.0+3681.8 to 4000.03363.6 to 3681.83045.5 to 3363.62727.3 to 3045.52409.1 to 2727.32090.9 to 2409.11772.7 to 2090.91454.5 to 1772.71136.4 to 1454.5818.2 to 1136.4500.0 to 818.2

0 120 240 360 4800

75

150

225

300

375

450

525

600

5001000

1500

2000

25003000

35004000

4500 5000

y = 0.984x

R2 = 0.9902

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000實測值 (lx)

模擬

值(lx

)照度值

線性 (照度值)

照度比對回趨歸式

辦公大樓節能改善辦公大樓節能改善辦公大樓節能改善 實驗數值與模擬比對實驗數值與模擬比對

春季模擬春季模擬4/154/15 夏季模擬夏季模擬8/158/15 秋季模擬秋季模擬10/1510/15 冬季模擬冬季模擬12/1512/15

無遮陽之室內光環境數值模擬無遮陽之室內光環境數值模擬數位化電腦模擬評估數位化電腦模擬評估

春季模擬春季模擬4/154/15 夏季模擬夏季模擬8/158/15 秋季模擬秋季模擬10/1510/15

有遮陽之室內光環境數值模擬有遮陽之室內光環境數值模擬

冬季模擬冬季模擬12/1512/15

各空間光環境量測結果各空間光環境量測結果辦公大樓節能改善辦公大樓節能改善辦公大樓節能改善

工作空間空氣環境探討工作空間空氣環境探討工作空間空氣環境探討 環境條建設定環境條建設定

本研究所探討足尺環境實驗室

本研究所探討數值解析模型

本研究將實驗結果與數值計算結果比對，對於X軸不同垂直截面（ROOM-A S3、ROOM-B S-3）之溫度場結構而言，均顯示兩者趨勢接近

0 60 120 180 240 3000

30

60

90

120

150

180

210

240

Air Temperature27.0+26.5 to 27.025.9 to 26.525.4 to 25.924.8 to 25.424.3 to 24.823.7 to 24.323.2 to 23.722.6 to 23.222.1 to 22.621.5 to 22.121.0 to 21.5

0 60 120 180 240 3000

30

60

90

120

150

180

210

240

23.5

24

24.5

24.5

24.5 24.5

25

25 25

25

25.5

0 60 120 180 240 3000

30

60

90

120

150

180

210

240

Air Temperature27.0+26.5 to 27.025.9 to 26.525.4 to 25.924.8 to 25.424.3 to 24.823.7 to 24.323.2 to 23.722.6 to 23.222.1 to 22.621.5 to 22.121.0 to 21.5

0 60 120 180 240 3000

30

60

90

120

150

180

210

240

23.5

23.5

24

24

24.5

24.5

25

25

25

25

25

25

0 60 120 180 240 3000

30

60

90

120

150

180

210

240

Air Temperature27.0+26.5 to 27.025.9 to 26.525.4 to 25.924.8 to 25.424.3 to 24.823.7 to 24.323.2 to 23.722.6 to 23.222.1 to 22.621.5 to 22.121.0 to 21.5

0 60 120 180 240 3000

30

60

90

120

150

180

210

240

22

22.5 22.5

23

2323

23.5

23.5

23.5

23.523.5

23.5

24

24

24

24.5

25

25

0 60 120 180 240 3000

30

60

90

120

150

180

210

240

Air Temperature27.0+26.5 to 27.025.9 to 26.525.4 to 25.924.8 to 25.424.3 to 24.823.7 to 24.323.2 to 23.722.6 to 23.222.1 to 22.621.5 to 22.121.0 to 21.5

0 60 120 180 240 3000

30

60

90

120

150

180

210

240

22.5

22.5

23

23.5

23.5

2424.5

2525.5

實測結果

模擬結果

進一步將實驗數值分別與CFD數值模擬模型之計算數值進行迴歸分析，結果顯示兩者均具有高相關性（R2分別達0.92與0.87），亦佐證本研究所採用的CFD模擬，可運用作為建築室內流場預測工具

y = 1.0015x

R2 = 0.9253

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31實測值 (t)

模擬

值(t

)

實測值

線性 (實測值)

y = 1.0012x

R2 = 0.8717

22

23

24

25

26

27

22 23 24 25 26 27實測值 (t)

模擬

值(t

)

實測值

線性 (實測值)

ROOM-A 回歸分析圖 ROOM-B 回歸分析圖

R2=0.92 R2=0.87

工作空間空氣環境探討工作空間空氣環境探討工作空間空氣環境探討 實驗數據與數值計算結果比對實驗數據與數值計算結果比對

工作空間空氣環境探討工作空間空氣環境探討工作空間空氣環境探討

RARA--0101 RBRB--0101

ROOM-A 上向吹出式高架沖孔地板 ROOM-B 下向吹出式明架天花板

RARA--0202 RBRB--0202

溫度場溫度場CFDCFD數值解析結果數值解析結果

不同空調通風路徑之溫度場特性地板出風，距離人員作息區域較近，氣溫較熱的白天時，能將冷空氣直接送入作息區域，使室內人員能較快獲得舒適的感覺；相反的在氣溫較冷的晚上，也能有效的維持室內溫度，減少空調耗能

氣候的變化影響空調設備的耗能空調主機各機組設備中，滷水主機耗電量以夏季的8月份最高，冬季12月份最低，相差了約18﹪的電力。高架沖孔地板出風比明架天花板出風省能約6﹪，若以夏季營業用電每度3.3元計算，平均一個月可省1078元的電費

CFD預測工具檢證本研究將實驗結果與數值計算結果比對，對於不同垂直截面之溫度場結構而言，均顯示兩者趨勢一致，證明模擬結果的正確性亦佐證本研究所採用的CFD模擬，可運用作為建築室內流場預測工具

明架天花明架天花板出風板出風

高架沖孔高架沖孔地板出風地板出風

三三二二一一名次名次出風模式出風模式

RARA--0202

RBRB--0303

一

RARA--0505

RBRB--0505

二

RARA--0101

RBRB--0101

三

工作空間空氣環境探討工作空間空氣環境探討工作空間空氣環境探討 小節小節

地板出風在人體主要活動區域污染物移除效率上優於天花板出風地板出風在人體主要活動區域污染物移除效率上優於天花板出風在在人體主要活動區域人體主要活動區域（（2/32/3室內高之範圍）之人員作息區平均室內高之範圍）之人員作息區平均COCO22濃度上，濃度上，地板出風低於天花板出風地板出風低於天花板出風3838 ppmppm（約（約44﹪﹪））。而呼吸帶（。而呼吸帶（+107+107㎝㎝）濃度，）濃度，地板出風低於天花板出風地板出風低於天花板出風49ppm49ppm（約（約66﹪﹪））；在相同的配置下，地板出風系；在相同的配置下，地板出風系統統空氣交換效率平均優於天花板出風系統約空氣交換效率平均優於天花板出風系統約99﹪﹪，顯示地板出風污染物除，顯示地板出風污染物除效率優於天花板出風效率優於天花板出風

出風口配置方式之建議出風口配置方式之建議綜合上述結果整理綜合上述結果整理種評估指標種評估指標對應不同空調通風路徑的情況下，建議較對應不同空調通風路徑的情況下，建議較佳出風口配置方式之佳出風口配置方式之前三名前三名，以供設計者參考，以供設計者參考

報告完畢報告完畢 敬請指正敬請指正

周伯丞周伯丞 樹德科技大學室內設計系助理教授樹德科技大學室內設計系助理教授張桂鳳張桂鳳 國立成功大學建築系博士生國立成功大學建築系博士生林世峰林世峰 樹德科技大學應用設計研究所研究生樹德科技大學應用設計研究所研究生