A new type of skylight solar chimney for tropical climate

ปล่องหลังคาแสงอาทิตย์โปร่งแสงรูปแบบใหม่สำหรับสภาพภูมิอากาศร้อนชื้น

Name: Anon Anan-archa

keyword: Skylight solar chimney.

LCSH: Heat -- Transmission.

LCSH: Roofs -- Thermal properties.

LCSH: Dwellings -- Heating and ventilation.

LCSH: Skylights -- Design and construction.

LCSH: Daylighting.

LCSH: Architecture and solar radiation.

LCSH: Natural ventilation.

LCSH: Numerical analysis.

Abstract: This dissertation is aimed to design and investigate the thermal performance of a new modular configuration of roof integrating skylight and solar chimney intended to reduce heat gain admission, induce ventilation and ensure sufficient indoor illuminance. This integrated Skylight Solar Chimney (SSC) configuration is composed of three layers: a 1 mm. thick clear acrylic layer on the outside, a set of 1 mm. thick aluminum slats distanced each other at the middle and a layer with a combination of clear acrylic and aluminum slats at the inner side. The dimensions of the SSC are 0.50 m x 1.50 m x 0.15 m (W x L x H). A 0.025 m2 outlet opening was located at the top lateral side whereas two inlet openings of similar surface area were installed on the bottom lower layer (one inside the room and another outside). To assess SSC performance, two small rooms of 2.52 m3 volumes were built using concrete blocks for walls and corrugated cement panels for the south facing roof slopped at 30 degrees. In the first part of experiments, the roof of the first house, which served as a reference, integrated a transparent corrugated panel whereas the other house integrated the SSC. Three scenarios of SSC inlets were considered. Field test results showed that in all scenarios the indoor temperature of room with SSC was 1 to 4 degrees Celsius lower that of the reference room and varied following ambient conditions. When both inside and outside inlet openings were used, the highest temperature difference was observed. The measured heat flux through the roof of reference house was much more important than all SSC scenarios, a 50% difference was observed when both SSC inlets were open. This clearly demonstrated SSC efficiency to reduce heat gain. The air change (ACH) induced varied between 2 to 29. SCC indoor illuminance was about 50% lower than that of the reference house. The second part of the experiment was aimed to determine the optimum position of the intermediate layer composed of distanced aluminum slats. The first room included SSC with intermediate layer located at the middle between the top and lower layers whereas in the second room, the position of intermediate was varied to be near the top layer (second configuration) and near the lower layer (third configuration). Field tests showed that the position of intermediate layer did not affect indoor temperature significantly as temperatures were relatively close. However, the lowest heat flux transmitted through SSC and lower illuminance are observed when located near the lower layer. The induced air change was more or less similar for the three positions considered. The thermal performances of SSC were simulated using Solidworks flow simulation software package. Simulation results agreed well with experimental results: installing the intermediate layer near the top leads to lowest temperatures compared to the other configurations. The highest air temperatures were observed when the intermediate layer was located near the bottom layer. Therefore, it is recommended that for practical application, the appropriate position for SSC intermediate layer should be located between the middle and lower layer as it will lead to good ventilation rate, lower indoor temperature and less heat gain transmission without glare. Adjustment of the position can be depending on architectural requirement and daylight control.

Abstract: ปล่องหลังคาแสงอาทิตย์โปร่งแสงรูปแบบใหม่สำหรับสภาพภูมิอากาศร้อนชื้น วิทยานิพนธ์นี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการออกแบบและตรวจสอบประสิทธิภาพการระบายความ ร้อนของปล่องหลังคาแสงอาทิตย์โปร่งแสงโมดูลาร์รูปแบบใหม่ที่บูรณาการรวมกันของช่องรับแสงและปล่องหลังคาแสงอาทิตย์เพื่อป้องกันความร้อน เพิ่มการระบายอากาศ และให้แน่ใจว่ามีแสงสว่างภายในอาคารอย่างเพียงพอ รูปแบบของปล่องหลังคาแสงอาทิตย์โปร่งแสงรูปแบบใหม่ (SSC) แบบบูรณาการนี้ประกอบด้วยสามชั้นคือ ชั้นนอกเป็นอะคริลิกใสหนา 1 มม. ชั้นกลางเป็นแผ่นอลูมิเนียมหนาหนา 1 มม. วางห่างกันและชั้นในประกอบด้วยแผ่นอะคริลิกใสและอลูมิเนียมหนา 1 มม. ติดตั้งสลับกัน ขนาดของ SSC คือ 0.50 ม. x 1.50 ม. x 0.15 ม. (กว้าง x ยาว x สูง) พื้นที่ช่องเปิดทางออกของอากาศ 0.025 ตร.ม. อยู่ที่ด้านข้างของส่วนบน ในขณะที่ช่องเปิดเข้าของอากาศสองช่องที่มีพื้นที่ใกล้เคียงกันอยู่ที่ด้านล่างสุด (ช่องหนึ่งอยู่ภายในห้องและอีกช่องอยู่ด้านนอก) การประเมินประสิทธิภาพของ SSC ใช้ห้องขนาดเล็ก 2 ห้องที่มีปริมาตร 2.52 ลบ.ม. สร้างขึ้นโดยใช้บล็อกคอนรีตสำหรับผนังและหลังคากระเบื้องซีเมนต์ลอนคู่ที่มีความลาดเอียงหันไปทางทิศใต้ 30 องศา ในลำดับแรกของการทดสอบใช้หลังคาของบ้านหลังแรกเป็นข้อมูลอ้างอิงโดยติดตั้งร่วมกับแผ่นหลังคาลอนคู่แบบโปร่งแสง ในขณะที่บ้านหลังอื่น ๆ ติดตั้งร่วมกับ SSC ที่มีช่องเปิดทางเข้าของอากาศ 3 รูปแบบที่พิจารณา ผลทดสอบแสดงให้เห็นว่าในทุกสถานการณ์ อุณหภูมิภายในห้องที่ติดตั้ง SSC นั้นต่ำกว่าห้องอ้างอิง 1 ถึง 4 องศาเซลเซียส และแตกต่างกันไปตามสภาพแวดล้อม เมื่อใช้รูปแบบช่องเปิดเข้าร่วมกันทั้งภายในและภายนอก จะสังเกตเห็นความแตกต่างสูงสุดของอุณหภูมิ การไหลของความร้อนที่วัดได้ผ่านหลังคาของบ้านอ้างอิงมีความสำคัญมากกว่าสถานการณ์ SSC ทั้งหมดโดยมีความแตกต่าง 50% เมื่อช่องเปิดเข้า SSC ทั้งสองเปิดอยู่ สิ่งนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงประสิทธิภาพของ SSC ในการลดความร้อน จำนวนรอบของการไหลเวียนอากาศครบทั้งปริมาตรของห้องต่อชั่วโมง (ACH) แปรผันระหว่าง 2 ถึง 29 ความส่องสว่างภายในบ้านที่ติดตั้ง SCC ต่ำกว่าภายในของบ้านอ้างอิงประมาณ 50% ลำดับที่สองมีวัตถุประสงค์เพื่อหาตำแหน่งที่เหมาะสมของชั้นกลางที่ประกอบด้วยแผ่น อะลูมิเนียมที่เว้นระยะห่าง ห้องทดสอบแรกใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงโดยตำแหน่งชั้นกลางของ SSC อยู่ที่ตรงกลางระหว่างชั้นบนและชั้นล่าง ในขณะที่ห้องทดสอบที่สอง ตำแหน่งของชั้นกลางจะแตกต่างกัน ไปโดยอยู่ใกล้ชั้นบน (รูปแบบที่สอง) และใกล้ชั้นล่าง (รูปแบบที่สาม) ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าตำแหน่งของชั้นกลางไม่ส่งผลกระทบต่ออุณหภูมิภายในอาคารอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากอุณหภูมิค่อนข้างใกล้เคียงกัน อย่างไรก็ตาม ฟลักซ์ความร้อนต่ำสุดที่ส่งผ่าน SSC และความสว่างที่ต่ำกว่าจะถูกสังเกตเมื่ออยู่ใกล้ชั้นล่าง การเปลี่ยนแปลงของอากาศที่เหนี่ยวนำมีความคล้ายคลึงกันมากหรือน้อยสำหรับตำแหน่งทั้งสามที่พิจารณา ประสิทธิภาพการระบายความร้อนของ SSC ถูกจำลองโดยใช้ชุดซอฟต์แวร์จำลองการไหลของ Solidworks ผลการจำลองสอดคล้องกับผลการทดสอบ : การติดตั้งตำแหน่งของชั้นกลางใกล้กับด้านบนทำให้อุณหภูมิต่ำที่สุดเมื่อเทียบกับตำแหน่งอื่น 1 อุณหภูมิอากาศสูงสุดเมื่อตำแหน่งของชั้นกลางอยู่ใกล้กับชั้นล่างสุด ดังนั้น ขอแนะนำสำหรับการใช้งานจริง ตำแหน่งที่เหมาะสมสำหรับชั้นกลางของ SSC ควรอยู่ระหว่างส่วนกลางและส่วนล่าง เนื่องจากจะทำให้มีอัตราการระบายอากาศที่ดี อุณหภูมิภายในอาคารต่ำลง และการถ่ายเทความร้อนน้อยลงโดยไม่มีแสงจ้า สามารถปรับตำแหน่งการควบคุมแสงธรรมชาติตามและข้อกำหนดทางสถาปัตยกรรม

King Mongkut's University of Technology North Bangkok. Central Library

Address: BANGKOK

Email: library@kmutnb.ac.th

Name: Preeda Chantawong

Role: dissert advisor.

Email : preeda.c@cit.kmutnb.ac.th

Name: Khedari, Joseph

Role: dissert advisor.

Created: 2023

Modified: 2024-03-19

Issued: 2024-03-18

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Energy Engineering Technology

Grantor: King Mongkut's University of Technology North Bangkok

©copyrights King Mongkut's University of Technology North Bangkok

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	B17633369.pdf	7.75 MB	4	2025-04-22 13:47:11

ใช้เวลา

0.039419 วินาที