空調容量估算

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空調容量估算是節能重要因子


台灣屬亞熱帶氣候,空調是住商建築最大耗電項目。每到夏天空調用電上升,常導致供電吃緊,引發缺電危機。目前台灣空調能效偏低有兩大因素:
  • 採用較低能效之空調系統,或因系統老舊缺乏維護造成能效下降。
  • 空調超量設計: 一般都只用樓地板面積估算空調容量,導致大多數都高估,甚至達數倍之多。空調系統運轉偏離所設計之最佳狀態,能效自然降低。另外,空調容量高估也會造成資源浪費,用相同或甚至較低之預算原本可採購更高能效之空調系統。

建築能耗模擬是有效解方


因此經濟部也分階段多次提升空調系統之能源效率標準,並於102年與內政部共同頒布「新建建築物節約能源設計標準」,其中提供「建築空調尖峰負荷之標準計算方式」,摘要於下:

  • 熱負荷計算。計算所使用軟體應具有逐時計算之功能,並以計算結果負荷最高時段之空調負荷為空調尖峰負荷。 
  • 計算空間熱負荷需輸入下列參數
         - 室外環境條件需要之氣象數據,應依照建築物所在地或所屬氣候分區之代表城市之氣象數據
        作為輸入值。 
      - 經由開口(門、窗)玻璃、外牆、屋頂等建築外殼  之室內熱傳透輸入參數。 室內環境條件設定及室內
        熱負荷計算輸入參數 (詳細內容請參考該標準附表)


快速建築能耗模擬分析平台 (RBESP) 採用具全球公信力之EnergyPlus作為計算核心。EnergyPlus以熱平衡法為基礎,具逐時計算功能,是完全符合上述規範,最理想之計算軟體。加上RBESP100%雲端化,並內建台灣氣候及空間熱負荷參數資料庫,不須安裝任何軟體,可以在短短幾分鐘內完成準確的空調容量估算。

RBESP輸入步驟


下面是應用RBESP估算空調尖峰負荷之10個建議步驟。若有輸入參數不是很確定,可以先用預設值。

STEP1 : 選擇氣候區RBESP提供台北、新竹、台中、嘉義、台南、高雄、花蓮、台東共8個氣候選擇,來源是內政部營建署開放之公開資料。

STEP2 : 設定建築物座向 (偏北角)。座向會影響外牆與玻璃窗被太陽照射的方向。可善用「+45º」快速鍵,每點一次增加45º。

STEP3 : 設定建築物外型,包括樓層數與每層樓高 (詳細介紹請參考「S200教學」)。RBESP會自動計算總樓地板面積,以及外殼受太陽照射之面積與室內空間體積。


STEP4 : 設定不透光部位 (屋頂與外牆)之結構以及熱傳透率 (U值)。建築外殼若是重量體結構(例如鋼筋混擬土)會蓄熱因而延遲熱進入室內的時間,到傍晚外面溫度下降後會逆向把白天蓄的熱散出來,所以會影響空調。屋頂與外牆之U值定義與範例可參考內政部「建築物節約能源設計技術規範」表4-2&4-3

STEP4a : 設定外部邊界。若要估算建築中間一個樓層之空調容量,而該樓層不是頂樓,可把屋頂之「外部邊界」變更為「絕熱」,若該樓層不是最底層,可把地板之「外部邊界」變更為「絕熱」,如此可把一個樓層分隔獨立估算。若要估算建築物中一個單位之空調容量,也可用上述手法把該樓層分隔出來,同時把鄰接其他單位之外牆「外部邊界」變更為「絕熱」(詳細介紹請參考「局部能耗模擬」)。

STEP5 : 設定透光部位 (立面玻璃窗)之窗牆比、日射透過率、熱傳透率U。窗牆比是玻璃窗佔牆面積之比。一般建築東西向之開窗通常比南北向少。玻璃窗之U值與外牆之U值定義類似。 日射透過率是指太陽熱輻射穿透玻璃窗戶進入室內之比例。我國對玻璃窗之窗牆比、日射透過率、及熱傳透率U值都有規範,窗牆比越大日射透過率與U值的要求越高,詳細可參考內政部「建築物強化外殼部位熱性能節約能源設計技術規範」。

STEP6 : 設定玻璃窗外部遮陽。主要是水平遮陽,阻隔高角度太陽直射玻璃窗。注意水平遮陽輸入參數是「深度比」,其定義可參考「建築物節約能源設計技術規範」表6-1,截圖如下:


STEP7 : 設定室內熱負荷 (選擇建築類別以及內部不同使用空間之佔比)。以辦公建築為例,空間類別包括辦公室、會議室、大廳、走道。若不確定各空間佔比,建議先保守假設全部是辦公室空間 (i.e.辦公室佔比1, 其他空間佔比都是0) 估算。

STEP8 : 設定室內冷暖氣溫度RBESP會依建築類別自動預設該溫度設定之有效時段。以辦公室為例,是周一至周五,7:00-19:00。

STEP9 : 選擇空調系統,設定開啟時段。目前提供下列五種空調 (詳細介紹請參考 「V0.8 空調系統)
  • 理想空調 (全年無休不受開啟季節/排程控制)
  • 窗型空調 (單體或分離式)
  • 變風量室外箱型空調 (屋頂空調機組)
  • 變風量中央空調
  • 無空調 (全年關閉)

STEP10: 送出分析,檢視分析報告。報告最前段之「估算空調容量」是建築總冷氣噸數。報告中段提供各樓層估算之冷/暖氣容量 (KW為單位,1KW = 0.284RT)與送風量 (m3/)。「理想空調」無樓層細部報告。

 不同空調系統之估算冷氣噸數會有差異

  • 「理想空調」因為是理想空調,若建築只有一或少數樓層時,其估算之總冷氣噸數會傾向比其他空調系統估算的總冷氣噸數高。但在多樓層之情況下,因為「理想空調」是依據建築之尖峰負荷,在該尖峰時刻不一定所有樓層之熱負荷都同時達到尖峰,所以它估算的總冷氣噸數會有可能比其他空調系統估算的低。
  • 「窗型/分離式」、「變風量室外箱型」、「變風量中央空調」三者間通常「變風量中央空調」估算的冷氣噸數會相對最高,因為需製造冰水再轉換成冷氣。其次是「變風量室外箱型」,因為冷氣經過風管傳送會有損失。「窗型/分離式」因直接把冷氣送入室內,估算的冷氣容量會相對低一點。

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