空調負荷計算理論 及降低空調負荷
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空調負荷計算理論 及降低空調負荷. 國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 蔡尤溪. 參考書籍. 本講稿資料部份取自 ASHRAE Handbook Fundamentals, 2005 McQuiston, Parker and Spitler, Heating, Ventilating, and Air Conditioning, 6 th edition, Wiley, 2005. 講習內容. 空調負荷影響因子概說 建築隔熱計算 太陽輻射熱計算 空調負荷熱平衡概論 RTS 法解析 北科大 RTS1 軟體操作 計算演習. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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空調負荷計算理論及降低空調負荷
國立台北科技大學能源與冷凍空調工程系
蔡尤溪
參考書籍
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本講稿資料部份取自ASHRAE Handbook Fundamentals 2005McQuiston Parker and Spitler Heating Ventilating and Air Conditioning 6th edition Wiley 2005
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講習內容
空調負荷影響因子概說建築隔熱計算太陽輻射熱計算空調負荷熱平衡概論RTS法解析北科大 RTS1軟體操作計算演習
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空調負荷影響因子概說
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空調負荷計算mdash設計日逐時負荷 主機選用及配置 合理空調需求之評估
考慮建築儲熱效應如厚實建築冬暖夏涼尖峰空調負載較小
空調負荷受建築使用時間影響內部負荷與外氣之排程 Scheduling)需於計算前擬定
每個空間也不同負荷mdash如外周區較內周區熱需各別計算 ( 東邊早上熱西邊下午熱 ) 不可將各別空間最高負荷相加
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空調負荷分類
空調負荷主要有三個來源建築外殼 ( 外牆及開窗熱傳導及輻射 )
室內負荷 ( 人照明設備散熱等 )
外氣通風負荷 ( 室內外溫濕度差 )
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建築量體熱儲存效應
輕型建築負荷較接近瞬間熱得
瞬間進入室內之熱量
造成室內空氣溫濕度變化
熱得分為對流與輻射
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定義對流mdash瞬間造成溫濕度上升輻射mdash熱儲存後再對流釋熱
瞬間熱得空調機移除熱
對流熱成瞬間熱負荷
儲存於建構及室內物品
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空調負荷
儲存熱
關燈後之空調負荷
如繼續開燈空調負荷
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降低建築外殼熱負荷 外牆隔熱適當開窗減少太陽熱輻射室內負荷 照明節能減少設備用電等外氣通風負荷 ( 適當外氣量控制 )
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214
4
10
3
209
7
27
4
屋頂 玻璃幅射 玻璃傳導 外牆 隔間牆燈 人員 辦公器具 外氣 風車 外殼 ( 屋頂玻
璃輻射玻璃傳導外牆隔間牆 )共 33
內部負荷 ( 燈人員辦公器具風車 ) 共 40
外氣負荷 27
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至少包含以下內容設計基準日之逐時空調負荷計算計算之輸入參數應包含人員密度照明用電密 度各項設備用電密度溫度設定值各項室
內熱負荷等必要之室內熱獲得計算顯熱及潛熱負荷計算應包含各項建築外殼熱獲 得與室內設備與人員發散熱並應考慮建築體 之熱質量效應之影響
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( 取全年 04 最高發生率 )
氣候分區名稱 代表點 乾球溫度()
濕球溫度()
外氣焓值(kJkg) 註 2
北宜金馬地區 台北市 348 277 885
桃竹苗地區 新竹市 339 280 901
中彰投雲地區 台中市 333 271 861
嘉南彭地區 台南市 333 281 904
高屏地區 高雄市 328 281 903
花蓮地區 花蓮市 324 278 891
台東地區 台東市 332 280 899
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24 小時溫度變化以近似正弦變化計算設計溫度ndash DR 百分比 times DRDR 值可取 6 溫度最低在 5 時 (100) 最高在 15 時 (0)
時間 DR 百分比
時間 DR百分比
時間 DR 百分比
時間 DR 百分比
1 87 7 93 13 11 19 342 92 8 84 14 3 20 473 96 9 71 15 0 21 584 99 10 56 16 3 22 685 100 11 39 17 10 23 766 98 12 23 18 21 24 82
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空間用途類別 參考單位面積外氣送風量 m3hrm2
辦公室會客室 23 旅館房間 54room 營業用餐廳 10集會場所 19百貨商場 36通道走廊 09教室 92戲院電影院演藝場 73理髮美容院 73舞蹈棋室球戲等康樂活動室 92
註可用最小外氣量每人 85Ls( 每秒公升 )或其他相關規範或標準如建築技術規則及美國 ASHRAE 621 標準上表參考加州及新加坡規範值
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建築隔熱計算
建材熱阻值( 綠建築標章計算資料 )
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建材名稱 熱阻 R 建材名稱 熱阻 R
外氣膜 0043 石膏板 00706
內氣膜 ( 熱阻係數 19) 0111 石棉浪板 0003
內氣膜 ( 熱阻係數 17) 0143 岩棉保溫材 0762
磁磚 0008 石棉矽酸鈣板 0167
水泥砂漿 0007 璃棉 0714
水泥砂漿 001 瀝青防音塗料 0004
鋼筋混凝土 0086 花崗石 0009
鋼筋混凝土 0107 柏油 0004
紅磚 0288 水泥防水粉光 0007
輕質混凝土 0125 馬賽克 0004
鋼筋混凝土預鑄版 012 泡沫混凝土 0471
鑽泥板 0139 PU 板 004
玻璃 001 泡沫混凝土 0588
石棉板 0008 油毛氈 0091
合板 01 岩棉吸音板 0234
鋁板 762E-06 空氣層 (無厚度 ) 0086
鋁板 286E-05 空氣層 0182
玻璃棉 0714R 值 (m2 W)
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隔熱計算
石膏板00706
總熱阻 (R1+R2+R3+helliphellip)=011+0086+00706+0043=03096
總熱傳係術U=323 Wm2
鋼筋混泥土0086
內空氣膜011
外空氣膜0043
19
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
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能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
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l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
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赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
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)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
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日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
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cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
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屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
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cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
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coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
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牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
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空調負荷熱平衡概論
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熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
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一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
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外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
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外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
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熱對流係數計算
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暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
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CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
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CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
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框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
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gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
參考書籍
2
本講稿資料部份取自ASHRAE Handbook Fundamentals 2005McQuiston Parker and Spitler Heating Ventilating and Air Conditioning 6th edition Wiley 2005
3
講習內容
空調負荷影響因子概說建築隔熱計算太陽輻射熱計算空調負荷熱平衡概論RTS法解析北科大 RTS1軟體操作計算演習
4
空調負荷影響因子概說
5573
空調負荷計算mdash設計日逐時負荷 主機選用及配置 合理空調需求之評估
考慮建築儲熱效應如厚實建築冬暖夏涼尖峰空調負載較小
空調負荷受建築使用時間影響內部負荷與外氣之排程 Scheduling)需於計算前擬定
每個空間也不同負荷mdash如外周區較內周區熱需各別計算 ( 東邊早上熱西邊下午熱 ) 不可將各別空間最高負荷相加
6
空調負荷分類
空調負荷主要有三個來源建築外殼 ( 外牆及開窗熱傳導及輻射 )
室內負荷 ( 人照明設備散熱等 )
外氣通風負荷 ( 室內外溫濕度差 )
7
建築量體熱儲存效應
輕型建築負荷較接近瞬間熱得
瞬間進入室內之熱量
造成室內空氣溫濕度變化
熱得分為對流與輻射
8
定義對流mdash瞬間造成溫濕度上升輻射mdash熱儲存後再對流釋熱
瞬間熱得空調機移除熱
對流熱成瞬間熱負荷
儲存於建構及室內物品
9
空調負荷
儲存熱
關燈後之空調負荷
如繼續開燈空調負荷
10
降低建築外殼熱負荷 外牆隔熱適當開窗減少太陽熱輻射室內負荷 照明節能減少設備用電等外氣通風負荷 ( 適當外氣量控制 )
11
214
4
10
3
209
7
27
4
屋頂 玻璃幅射 玻璃傳導 外牆 隔間牆燈 人員 辦公器具 外氣 風車 外殼 ( 屋頂玻
璃輻射玻璃傳導外牆隔間牆 )共 33
內部負荷 ( 燈人員辦公器具風車 ) 共 40
外氣負荷 27
12
至少包含以下內容設計基準日之逐時空調負荷計算計算之輸入參數應包含人員密度照明用電密 度各項設備用電密度溫度設定值各項室
內熱負荷等必要之室內熱獲得計算顯熱及潛熱負荷計算應包含各項建築外殼熱獲 得與室內設備與人員發散熱並應考慮建築體 之熱質量效應之影響
13
( 取全年 04 最高發生率 )
氣候分區名稱 代表點 乾球溫度()
濕球溫度()
外氣焓值(kJkg) 註 2
北宜金馬地區 台北市 348 277 885
桃竹苗地區 新竹市 339 280 901
中彰投雲地區 台中市 333 271 861
嘉南彭地區 台南市 333 281 904
高屏地區 高雄市 328 281 903
花蓮地區 花蓮市 324 278 891
台東地區 台東市 332 280 899
14
24 小時溫度變化以近似正弦變化計算設計溫度ndash DR 百分比 times DRDR 值可取 6 溫度最低在 5 時 (100) 最高在 15 時 (0)
時間 DR 百分比
時間 DR百分比
時間 DR 百分比
時間 DR 百分比
1 87 7 93 13 11 19 342 92 8 84 14 3 20 473 96 9 71 15 0 21 584 99 10 56 16 3 22 685 100 11 39 17 10 23 766 98 12 23 18 21 24 82
15
空間用途類別 參考單位面積外氣送風量 m3hrm2
辦公室會客室 23 旅館房間 54room 營業用餐廳 10集會場所 19百貨商場 36通道走廊 09教室 92戲院電影院演藝場 73理髮美容院 73舞蹈棋室球戲等康樂活動室 92
註可用最小外氣量每人 85Ls( 每秒公升 )或其他相關規範或標準如建築技術規則及美國 ASHRAE 621 標準上表參考加州及新加坡規範值
16
建築隔熱計算
建材熱阻值( 綠建築標章計算資料 )
17
建材名稱 熱阻 R 建材名稱 熱阻 R
外氣膜 0043 石膏板 00706
內氣膜 ( 熱阻係數 19) 0111 石棉浪板 0003
內氣膜 ( 熱阻係數 17) 0143 岩棉保溫材 0762
磁磚 0008 石棉矽酸鈣板 0167
水泥砂漿 0007 璃棉 0714
水泥砂漿 001 瀝青防音塗料 0004
鋼筋混凝土 0086 花崗石 0009
鋼筋混凝土 0107 柏油 0004
紅磚 0288 水泥防水粉光 0007
輕質混凝土 0125 馬賽克 0004
鋼筋混凝土預鑄版 012 泡沫混凝土 0471
鑽泥板 0139 PU 板 004
玻璃 001 泡沫混凝土 0588
石棉板 0008 油毛氈 0091
合板 01 岩棉吸音板 0234
鋁板 762E-06 空氣層 (無厚度 ) 0086
鋁板 286E-05 空氣層 0182
玻璃棉 0714R 值 (m2 W)
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隔熱計算
石膏板00706
總熱阻 (R1+R2+R3+helliphellip)=011+0086+00706+0043=03096
總熱傳係術U=323 Wm2
鋼筋混泥土0086
內空氣膜011
外空氣膜0043
19
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
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能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
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)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
3
講習內容
空調負荷影響因子概說建築隔熱計算太陽輻射熱計算空調負荷熱平衡概論RTS法解析北科大 RTS1軟體操作計算演習
4
空調負荷影響因子概說
5573
空調負荷計算mdash設計日逐時負荷 主機選用及配置 合理空調需求之評估
考慮建築儲熱效應如厚實建築冬暖夏涼尖峰空調負載較小
空調負荷受建築使用時間影響內部負荷與外氣之排程 Scheduling)需於計算前擬定
每個空間也不同負荷mdash如外周區較內周區熱需各別計算 ( 東邊早上熱西邊下午熱 ) 不可將各別空間最高負荷相加
6
空調負荷分類
空調負荷主要有三個來源建築外殼 ( 外牆及開窗熱傳導及輻射 )
室內負荷 ( 人照明設備散熱等 )
外氣通風負荷 ( 室內外溫濕度差 )
7
建築量體熱儲存效應
輕型建築負荷較接近瞬間熱得
瞬間進入室內之熱量
造成室內空氣溫濕度變化
熱得分為對流與輻射
8
定義對流mdash瞬間造成溫濕度上升輻射mdash熱儲存後再對流釋熱
瞬間熱得空調機移除熱
對流熱成瞬間熱負荷
儲存於建構及室內物品
9
空調負荷
儲存熱
關燈後之空調負荷
如繼續開燈空調負荷
10
降低建築外殼熱負荷 外牆隔熱適當開窗減少太陽熱輻射室內負荷 照明節能減少設備用電等外氣通風負荷 ( 適當外氣量控制 )
11
214
4
10
3
209
7
27
4
屋頂 玻璃幅射 玻璃傳導 外牆 隔間牆燈 人員 辦公器具 外氣 風車 外殼 ( 屋頂玻
璃輻射玻璃傳導外牆隔間牆 )共 33
內部負荷 ( 燈人員辦公器具風車 ) 共 40
外氣負荷 27
12
至少包含以下內容設計基準日之逐時空調負荷計算計算之輸入參數應包含人員密度照明用電密 度各項設備用電密度溫度設定值各項室
內熱負荷等必要之室內熱獲得計算顯熱及潛熱負荷計算應包含各項建築外殼熱獲 得與室內設備與人員發散熱並應考慮建築體 之熱質量效應之影響
13
( 取全年 04 最高發生率 )
氣候分區名稱 代表點 乾球溫度()
濕球溫度()
外氣焓值(kJkg) 註 2
北宜金馬地區 台北市 348 277 885
桃竹苗地區 新竹市 339 280 901
中彰投雲地區 台中市 333 271 861
嘉南彭地區 台南市 333 281 904
高屏地區 高雄市 328 281 903
花蓮地區 花蓮市 324 278 891
台東地區 台東市 332 280 899
14
24 小時溫度變化以近似正弦變化計算設計溫度ndash DR 百分比 times DRDR 值可取 6 溫度最低在 5 時 (100) 最高在 15 時 (0)
時間 DR 百分比
時間 DR百分比
時間 DR 百分比
時間 DR 百分比
1 87 7 93 13 11 19 342 92 8 84 14 3 20 473 96 9 71 15 0 21 584 99 10 56 16 3 22 685 100 11 39 17 10 23 766 98 12 23 18 21 24 82
15
空間用途類別 參考單位面積外氣送風量 m3hrm2
辦公室會客室 23 旅館房間 54room 營業用餐廳 10集會場所 19百貨商場 36通道走廊 09教室 92戲院電影院演藝場 73理髮美容院 73舞蹈棋室球戲等康樂活動室 92
註可用最小外氣量每人 85Ls( 每秒公升 )或其他相關規範或標準如建築技術規則及美國 ASHRAE 621 標準上表參考加州及新加坡規範值
16
建築隔熱計算
建材熱阻值( 綠建築標章計算資料 )
17
建材名稱 熱阻 R 建材名稱 熱阻 R
外氣膜 0043 石膏板 00706
內氣膜 ( 熱阻係數 19) 0111 石棉浪板 0003
內氣膜 ( 熱阻係數 17) 0143 岩棉保溫材 0762
磁磚 0008 石棉矽酸鈣板 0167
水泥砂漿 0007 璃棉 0714
水泥砂漿 001 瀝青防音塗料 0004
鋼筋混凝土 0086 花崗石 0009
鋼筋混凝土 0107 柏油 0004
紅磚 0288 水泥防水粉光 0007
輕質混凝土 0125 馬賽克 0004
鋼筋混凝土預鑄版 012 泡沫混凝土 0471
鑽泥板 0139 PU 板 004
玻璃 001 泡沫混凝土 0588
石棉板 0008 油毛氈 0091
合板 01 岩棉吸音板 0234
鋁板 762E-06 空氣層 (無厚度 ) 0086
鋁板 286E-05 空氣層 0182
玻璃棉 0714R 值 (m2 W)
18
隔熱計算
石膏板00706
總熱阻 (R1+R2+R3+helliphellip)=011+0086+00706+0043=03096
總熱傳係術U=323 Wm2
鋼筋混泥土0086
內空氣膜011
外空氣膜0043
19
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
4
空調負荷影響因子概說
5573
空調負荷計算mdash設計日逐時負荷 主機選用及配置 合理空調需求之評估
考慮建築儲熱效應如厚實建築冬暖夏涼尖峰空調負載較小
空調負荷受建築使用時間影響內部負荷與外氣之排程 Scheduling)需於計算前擬定
每個空間也不同負荷mdash如外周區較內周區熱需各別計算 ( 東邊早上熱西邊下午熱 ) 不可將各別空間最高負荷相加
6
空調負荷分類
空調負荷主要有三個來源建築外殼 ( 外牆及開窗熱傳導及輻射 )
室內負荷 ( 人照明設備散熱等 )
外氣通風負荷 ( 室內外溫濕度差 )
7
建築量體熱儲存效應
輕型建築負荷較接近瞬間熱得
瞬間進入室內之熱量
造成室內空氣溫濕度變化
熱得分為對流與輻射
8
定義對流mdash瞬間造成溫濕度上升輻射mdash熱儲存後再對流釋熱
瞬間熱得空調機移除熱
對流熱成瞬間熱負荷
儲存於建構及室內物品
9
空調負荷
儲存熱
關燈後之空調負荷
如繼續開燈空調負荷
10
降低建築外殼熱負荷 外牆隔熱適當開窗減少太陽熱輻射室內負荷 照明節能減少設備用電等外氣通風負荷 ( 適當外氣量控制 )
11
214
4
10
3
209
7
27
4
屋頂 玻璃幅射 玻璃傳導 外牆 隔間牆燈 人員 辦公器具 外氣 風車 外殼 ( 屋頂玻
璃輻射玻璃傳導外牆隔間牆 )共 33
內部負荷 ( 燈人員辦公器具風車 ) 共 40
外氣負荷 27
12
至少包含以下內容設計基準日之逐時空調負荷計算計算之輸入參數應包含人員密度照明用電密 度各項設備用電密度溫度設定值各項室
內熱負荷等必要之室內熱獲得計算顯熱及潛熱負荷計算應包含各項建築外殼熱獲 得與室內設備與人員發散熱並應考慮建築體 之熱質量效應之影響
13
( 取全年 04 最高發生率 )
氣候分區名稱 代表點 乾球溫度()
濕球溫度()
外氣焓值(kJkg) 註 2
北宜金馬地區 台北市 348 277 885
桃竹苗地區 新竹市 339 280 901
中彰投雲地區 台中市 333 271 861
嘉南彭地區 台南市 333 281 904
高屏地區 高雄市 328 281 903
花蓮地區 花蓮市 324 278 891
台東地區 台東市 332 280 899
14
24 小時溫度變化以近似正弦變化計算設計溫度ndash DR 百分比 times DRDR 值可取 6 溫度最低在 5 時 (100) 最高在 15 時 (0)
時間 DR 百分比
時間 DR百分比
時間 DR 百分比
時間 DR 百分比
1 87 7 93 13 11 19 342 92 8 84 14 3 20 473 96 9 71 15 0 21 584 99 10 56 16 3 22 685 100 11 39 17 10 23 766 98 12 23 18 21 24 82
15
空間用途類別 參考單位面積外氣送風量 m3hrm2
辦公室會客室 23 旅館房間 54room 營業用餐廳 10集會場所 19百貨商場 36通道走廊 09教室 92戲院電影院演藝場 73理髮美容院 73舞蹈棋室球戲等康樂活動室 92
註可用最小外氣量每人 85Ls( 每秒公升 )或其他相關規範或標準如建築技術規則及美國 ASHRAE 621 標準上表參考加州及新加坡規範值
16
建築隔熱計算
建材熱阻值( 綠建築標章計算資料 )
17
建材名稱 熱阻 R 建材名稱 熱阻 R
外氣膜 0043 石膏板 00706
內氣膜 ( 熱阻係數 19) 0111 石棉浪板 0003
內氣膜 ( 熱阻係數 17) 0143 岩棉保溫材 0762
磁磚 0008 石棉矽酸鈣板 0167
水泥砂漿 0007 璃棉 0714
水泥砂漿 001 瀝青防音塗料 0004
鋼筋混凝土 0086 花崗石 0009
鋼筋混凝土 0107 柏油 0004
紅磚 0288 水泥防水粉光 0007
輕質混凝土 0125 馬賽克 0004
鋼筋混凝土預鑄版 012 泡沫混凝土 0471
鑽泥板 0139 PU 板 004
玻璃 001 泡沫混凝土 0588
石棉板 0008 油毛氈 0091
合板 01 岩棉吸音板 0234
鋁板 762E-06 空氣層 (無厚度 ) 0086
鋁板 286E-05 空氣層 0182
玻璃棉 0714R 值 (m2 W)
18
隔熱計算
石膏板00706
總熱阻 (R1+R2+R3+helliphellip)=011+0086+00706+0043=03096
總熱傳係術U=323 Wm2
鋼筋混泥土0086
內空氣膜011
外空氣膜0043
19
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
5573
空調負荷計算mdash設計日逐時負荷 主機選用及配置 合理空調需求之評估
考慮建築儲熱效應如厚實建築冬暖夏涼尖峰空調負載較小
空調負荷受建築使用時間影響內部負荷與外氣之排程 Scheduling)需於計算前擬定
每個空間也不同負荷mdash如外周區較內周區熱需各別計算 ( 東邊早上熱西邊下午熱 ) 不可將各別空間最高負荷相加
6
空調負荷分類
空調負荷主要有三個來源建築外殼 ( 外牆及開窗熱傳導及輻射 )
室內負荷 ( 人照明設備散熱等 )
外氣通風負荷 ( 室內外溫濕度差 )
7
建築量體熱儲存效應
輕型建築負荷較接近瞬間熱得
瞬間進入室內之熱量
造成室內空氣溫濕度變化
熱得分為對流與輻射
8
定義對流mdash瞬間造成溫濕度上升輻射mdash熱儲存後再對流釋熱
瞬間熱得空調機移除熱
對流熱成瞬間熱負荷
儲存於建構及室內物品
9
空調負荷
儲存熱
關燈後之空調負荷
如繼續開燈空調負荷
10
降低建築外殼熱負荷 外牆隔熱適當開窗減少太陽熱輻射室內負荷 照明節能減少設備用電等外氣通風負荷 ( 適當外氣量控制 )
11
214
4
10
3
209
7
27
4
屋頂 玻璃幅射 玻璃傳導 外牆 隔間牆燈 人員 辦公器具 外氣 風車 外殼 ( 屋頂玻
璃輻射玻璃傳導外牆隔間牆 )共 33
內部負荷 ( 燈人員辦公器具風車 ) 共 40
外氣負荷 27
12
至少包含以下內容設計基準日之逐時空調負荷計算計算之輸入參數應包含人員密度照明用電密 度各項設備用電密度溫度設定值各項室
內熱負荷等必要之室內熱獲得計算顯熱及潛熱負荷計算應包含各項建築外殼熱獲 得與室內設備與人員發散熱並應考慮建築體 之熱質量效應之影響
13
( 取全年 04 最高發生率 )
氣候分區名稱 代表點 乾球溫度()
濕球溫度()
外氣焓值(kJkg) 註 2
北宜金馬地區 台北市 348 277 885
桃竹苗地區 新竹市 339 280 901
中彰投雲地區 台中市 333 271 861
嘉南彭地區 台南市 333 281 904
高屏地區 高雄市 328 281 903
花蓮地區 花蓮市 324 278 891
台東地區 台東市 332 280 899
14
24 小時溫度變化以近似正弦變化計算設計溫度ndash DR 百分比 times DRDR 值可取 6 溫度最低在 5 時 (100) 最高在 15 時 (0)
時間 DR 百分比
時間 DR百分比
時間 DR 百分比
時間 DR 百分比
1 87 7 93 13 11 19 342 92 8 84 14 3 20 473 96 9 71 15 0 21 584 99 10 56 16 3 22 685 100 11 39 17 10 23 766 98 12 23 18 21 24 82
15
空間用途類別 參考單位面積外氣送風量 m3hrm2
辦公室會客室 23 旅館房間 54room 營業用餐廳 10集會場所 19百貨商場 36通道走廊 09教室 92戲院電影院演藝場 73理髮美容院 73舞蹈棋室球戲等康樂活動室 92
註可用最小外氣量每人 85Ls( 每秒公升 )或其他相關規範或標準如建築技術規則及美國 ASHRAE 621 標準上表參考加州及新加坡規範值
16
建築隔熱計算
建材熱阻值( 綠建築標章計算資料 )
17
建材名稱 熱阻 R 建材名稱 熱阻 R
外氣膜 0043 石膏板 00706
內氣膜 ( 熱阻係數 19) 0111 石棉浪板 0003
內氣膜 ( 熱阻係數 17) 0143 岩棉保溫材 0762
磁磚 0008 石棉矽酸鈣板 0167
水泥砂漿 0007 璃棉 0714
水泥砂漿 001 瀝青防音塗料 0004
鋼筋混凝土 0086 花崗石 0009
鋼筋混凝土 0107 柏油 0004
紅磚 0288 水泥防水粉光 0007
輕質混凝土 0125 馬賽克 0004
鋼筋混凝土預鑄版 012 泡沫混凝土 0471
鑽泥板 0139 PU 板 004
玻璃 001 泡沫混凝土 0588
石棉板 0008 油毛氈 0091
合板 01 岩棉吸音板 0234
鋁板 762E-06 空氣層 (無厚度 ) 0086
鋁板 286E-05 空氣層 0182
玻璃棉 0714R 值 (m2 W)
18
隔熱計算
石膏板00706
總熱阻 (R1+R2+R3+helliphellip)=011+0086+00706+0043=03096
總熱傳係術U=323 Wm2
鋼筋混泥土0086
內空氣膜011
外空氣膜0043
19
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
6
空調負荷分類
空調負荷主要有三個來源建築外殼 ( 外牆及開窗熱傳導及輻射 )
室內負荷 ( 人照明設備散熱等 )
外氣通風負荷 ( 室內外溫濕度差 )
7
建築量體熱儲存效應
輕型建築負荷較接近瞬間熱得
瞬間進入室內之熱量
造成室內空氣溫濕度變化
熱得分為對流與輻射
8
定義對流mdash瞬間造成溫濕度上升輻射mdash熱儲存後再對流釋熱
瞬間熱得空調機移除熱
對流熱成瞬間熱負荷
儲存於建構及室內物品
9
空調負荷
儲存熱
關燈後之空調負荷
如繼續開燈空調負荷
10
降低建築外殼熱負荷 外牆隔熱適當開窗減少太陽熱輻射室內負荷 照明節能減少設備用電等外氣通風負荷 ( 適當外氣量控制 )
11
214
4
10
3
209
7
27
4
屋頂 玻璃幅射 玻璃傳導 外牆 隔間牆燈 人員 辦公器具 外氣 風車 外殼 ( 屋頂玻
璃輻射玻璃傳導外牆隔間牆 )共 33
內部負荷 ( 燈人員辦公器具風車 ) 共 40
外氣負荷 27
12
至少包含以下內容設計基準日之逐時空調負荷計算計算之輸入參數應包含人員密度照明用電密 度各項設備用電密度溫度設定值各項室
內熱負荷等必要之室內熱獲得計算顯熱及潛熱負荷計算應包含各項建築外殼熱獲 得與室內設備與人員發散熱並應考慮建築體 之熱質量效應之影響
13
( 取全年 04 最高發生率 )
氣候分區名稱 代表點 乾球溫度()
濕球溫度()
外氣焓值(kJkg) 註 2
北宜金馬地區 台北市 348 277 885
桃竹苗地區 新竹市 339 280 901
中彰投雲地區 台中市 333 271 861
嘉南彭地區 台南市 333 281 904
高屏地區 高雄市 328 281 903
花蓮地區 花蓮市 324 278 891
台東地區 台東市 332 280 899
14
24 小時溫度變化以近似正弦變化計算設計溫度ndash DR 百分比 times DRDR 值可取 6 溫度最低在 5 時 (100) 最高在 15 時 (0)
時間 DR 百分比
時間 DR百分比
時間 DR 百分比
時間 DR 百分比
1 87 7 93 13 11 19 342 92 8 84 14 3 20 473 96 9 71 15 0 21 584 99 10 56 16 3 22 685 100 11 39 17 10 23 766 98 12 23 18 21 24 82
15
空間用途類別 參考單位面積外氣送風量 m3hrm2
辦公室會客室 23 旅館房間 54room 營業用餐廳 10集會場所 19百貨商場 36通道走廊 09教室 92戲院電影院演藝場 73理髮美容院 73舞蹈棋室球戲等康樂活動室 92
註可用最小外氣量每人 85Ls( 每秒公升 )或其他相關規範或標準如建築技術規則及美國 ASHRAE 621 標準上表參考加州及新加坡規範值
16
建築隔熱計算
建材熱阻值( 綠建築標章計算資料 )
17
建材名稱 熱阻 R 建材名稱 熱阻 R
外氣膜 0043 石膏板 00706
內氣膜 ( 熱阻係數 19) 0111 石棉浪板 0003
內氣膜 ( 熱阻係數 17) 0143 岩棉保溫材 0762
磁磚 0008 石棉矽酸鈣板 0167
水泥砂漿 0007 璃棉 0714
水泥砂漿 001 瀝青防音塗料 0004
鋼筋混凝土 0086 花崗石 0009
鋼筋混凝土 0107 柏油 0004
紅磚 0288 水泥防水粉光 0007
輕質混凝土 0125 馬賽克 0004
鋼筋混凝土預鑄版 012 泡沫混凝土 0471
鑽泥板 0139 PU 板 004
玻璃 001 泡沫混凝土 0588
石棉板 0008 油毛氈 0091
合板 01 岩棉吸音板 0234
鋁板 762E-06 空氣層 (無厚度 ) 0086
鋁板 286E-05 空氣層 0182
玻璃棉 0714R 值 (m2 W)
18
隔熱計算
石膏板00706
總熱阻 (R1+R2+R3+helliphellip)=011+0086+00706+0043=03096
總熱傳係術U=323 Wm2
鋼筋混泥土0086
內空氣膜011
外空氣膜0043
19
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
7
建築量體熱儲存效應
輕型建築負荷較接近瞬間熱得
瞬間進入室內之熱量
造成室內空氣溫濕度變化
熱得分為對流與輻射
8
定義對流mdash瞬間造成溫濕度上升輻射mdash熱儲存後再對流釋熱
瞬間熱得空調機移除熱
對流熱成瞬間熱負荷
儲存於建構及室內物品
9
空調負荷
儲存熱
關燈後之空調負荷
如繼續開燈空調負荷
10
降低建築外殼熱負荷 外牆隔熱適當開窗減少太陽熱輻射室內負荷 照明節能減少設備用電等外氣通風負荷 ( 適當外氣量控制 )
11
214
4
10
3
209
7
27
4
屋頂 玻璃幅射 玻璃傳導 外牆 隔間牆燈 人員 辦公器具 外氣 風車 外殼 ( 屋頂玻
璃輻射玻璃傳導外牆隔間牆 )共 33
內部負荷 ( 燈人員辦公器具風車 ) 共 40
外氣負荷 27
12
至少包含以下內容設計基準日之逐時空調負荷計算計算之輸入參數應包含人員密度照明用電密 度各項設備用電密度溫度設定值各項室
內熱負荷等必要之室內熱獲得計算顯熱及潛熱負荷計算應包含各項建築外殼熱獲 得與室內設備與人員發散熱並應考慮建築體 之熱質量效應之影響
13
( 取全年 04 最高發生率 )
氣候分區名稱 代表點 乾球溫度()
濕球溫度()
外氣焓值(kJkg) 註 2
北宜金馬地區 台北市 348 277 885
桃竹苗地區 新竹市 339 280 901
中彰投雲地區 台中市 333 271 861
嘉南彭地區 台南市 333 281 904
高屏地區 高雄市 328 281 903
花蓮地區 花蓮市 324 278 891
台東地區 台東市 332 280 899
14
24 小時溫度變化以近似正弦變化計算設計溫度ndash DR 百分比 times DRDR 值可取 6 溫度最低在 5 時 (100) 最高在 15 時 (0)
時間 DR 百分比
時間 DR百分比
時間 DR 百分比
時間 DR 百分比
1 87 7 93 13 11 19 342 92 8 84 14 3 20 473 96 9 71 15 0 21 584 99 10 56 16 3 22 685 100 11 39 17 10 23 766 98 12 23 18 21 24 82
15
空間用途類別 參考單位面積外氣送風量 m3hrm2
辦公室會客室 23 旅館房間 54room 營業用餐廳 10集會場所 19百貨商場 36通道走廊 09教室 92戲院電影院演藝場 73理髮美容院 73舞蹈棋室球戲等康樂活動室 92
註可用最小外氣量每人 85Ls( 每秒公升 )或其他相關規範或標準如建築技術規則及美國 ASHRAE 621 標準上表參考加州及新加坡規範值
16
建築隔熱計算
建材熱阻值( 綠建築標章計算資料 )
17
建材名稱 熱阻 R 建材名稱 熱阻 R
外氣膜 0043 石膏板 00706
內氣膜 ( 熱阻係數 19) 0111 石棉浪板 0003
內氣膜 ( 熱阻係數 17) 0143 岩棉保溫材 0762
磁磚 0008 石棉矽酸鈣板 0167
水泥砂漿 0007 璃棉 0714
水泥砂漿 001 瀝青防音塗料 0004
鋼筋混凝土 0086 花崗石 0009
鋼筋混凝土 0107 柏油 0004
紅磚 0288 水泥防水粉光 0007
輕質混凝土 0125 馬賽克 0004
鋼筋混凝土預鑄版 012 泡沫混凝土 0471
鑽泥板 0139 PU 板 004
玻璃 001 泡沫混凝土 0588
石棉板 0008 油毛氈 0091
合板 01 岩棉吸音板 0234
鋁板 762E-06 空氣層 (無厚度 ) 0086
鋁板 286E-05 空氣層 0182
玻璃棉 0714R 值 (m2 W)
18
隔熱計算
石膏板00706
總熱阻 (R1+R2+R3+helliphellip)=011+0086+00706+0043=03096
總熱傳係術U=323 Wm2
鋼筋混泥土0086
內空氣膜011
外空氣膜0043
19
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
熱得分為對流與輻射
8
定義對流mdash瞬間造成溫濕度上升輻射mdash熱儲存後再對流釋熱
瞬間熱得空調機移除熱
對流熱成瞬間熱負荷
儲存於建構及室內物品
9
空調負荷
儲存熱
關燈後之空調負荷
如繼續開燈空調負荷
10
降低建築外殼熱負荷 外牆隔熱適當開窗減少太陽熱輻射室內負荷 照明節能減少設備用電等外氣通風負荷 ( 適當外氣量控制 )
11
214
4
10
3
209
7
27
4
屋頂 玻璃幅射 玻璃傳導 外牆 隔間牆燈 人員 辦公器具 外氣 風車 外殼 ( 屋頂玻
璃輻射玻璃傳導外牆隔間牆 )共 33
內部負荷 ( 燈人員辦公器具風車 ) 共 40
外氣負荷 27
12
至少包含以下內容設計基準日之逐時空調負荷計算計算之輸入參數應包含人員密度照明用電密 度各項設備用電密度溫度設定值各項室
內熱負荷等必要之室內熱獲得計算顯熱及潛熱負荷計算應包含各項建築外殼熱獲 得與室內設備與人員發散熱並應考慮建築體 之熱質量效應之影響
13
( 取全年 04 最高發生率 )
氣候分區名稱 代表點 乾球溫度()
濕球溫度()
外氣焓值(kJkg) 註 2
北宜金馬地區 台北市 348 277 885
桃竹苗地區 新竹市 339 280 901
中彰投雲地區 台中市 333 271 861
嘉南彭地區 台南市 333 281 904
高屏地區 高雄市 328 281 903
花蓮地區 花蓮市 324 278 891
台東地區 台東市 332 280 899
14
24 小時溫度變化以近似正弦變化計算設計溫度ndash DR 百分比 times DRDR 值可取 6 溫度最低在 5 時 (100) 最高在 15 時 (0)
時間 DR 百分比
時間 DR百分比
時間 DR 百分比
時間 DR 百分比
1 87 7 93 13 11 19 342 92 8 84 14 3 20 473 96 9 71 15 0 21 584 99 10 56 16 3 22 685 100 11 39 17 10 23 766 98 12 23 18 21 24 82
15
空間用途類別 參考單位面積外氣送風量 m3hrm2
辦公室會客室 23 旅館房間 54room 營業用餐廳 10集會場所 19百貨商場 36通道走廊 09教室 92戲院電影院演藝場 73理髮美容院 73舞蹈棋室球戲等康樂活動室 92
註可用最小外氣量每人 85Ls( 每秒公升 )或其他相關規範或標準如建築技術規則及美國 ASHRAE 621 標準上表參考加州及新加坡規範值
16
建築隔熱計算
建材熱阻值( 綠建築標章計算資料 )
17
建材名稱 熱阻 R 建材名稱 熱阻 R
外氣膜 0043 石膏板 00706
內氣膜 ( 熱阻係數 19) 0111 石棉浪板 0003
內氣膜 ( 熱阻係數 17) 0143 岩棉保溫材 0762
磁磚 0008 石棉矽酸鈣板 0167
水泥砂漿 0007 璃棉 0714
水泥砂漿 001 瀝青防音塗料 0004
鋼筋混凝土 0086 花崗石 0009
鋼筋混凝土 0107 柏油 0004
紅磚 0288 水泥防水粉光 0007
輕質混凝土 0125 馬賽克 0004
鋼筋混凝土預鑄版 012 泡沫混凝土 0471
鑽泥板 0139 PU 板 004
玻璃 001 泡沫混凝土 0588
石棉板 0008 油毛氈 0091
合板 01 岩棉吸音板 0234
鋁板 762E-06 空氣層 (無厚度 ) 0086
鋁板 286E-05 空氣層 0182
玻璃棉 0714R 值 (m2 W)
18
隔熱計算
石膏板00706
總熱阻 (R1+R2+R3+helliphellip)=011+0086+00706+0043=03096
總熱傳係術U=323 Wm2
鋼筋混泥土0086
內空氣膜011
外空氣膜0043
19
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
9
空調負荷
儲存熱
關燈後之空調負荷
如繼續開燈空調負荷
10
降低建築外殼熱負荷 外牆隔熱適當開窗減少太陽熱輻射室內負荷 照明節能減少設備用電等外氣通風負荷 ( 適當外氣量控制 )
11
214
4
10
3
209
7
27
4
屋頂 玻璃幅射 玻璃傳導 外牆 隔間牆燈 人員 辦公器具 外氣 風車 外殼 ( 屋頂玻
璃輻射玻璃傳導外牆隔間牆 )共 33
內部負荷 ( 燈人員辦公器具風車 ) 共 40
外氣負荷 27
12
至少包含以下內容設計基準日之逐時空調負荷計算計算之輸入參數應包含人員密度照明用電密 度各項設備用電密度溫度設定值各項室
內熱負荷等必要之室內熱獲得計算顯熱及潛熱負荷計算應包含各項建築外殼熱獲 得與室內設備與人員發散熱並應考慮建築體 之熱質量效應之影響
13
( 取全年 04 最高發生率 )
氣候分區名稱 代表點 乾球溫度()
濕球溫度()
外氣焓值(kJkg) 註 2
北宜金馬地區 台北市 348 277 885
桃竹苗地區 新竹市 339 280 901
中彰投雲地區 台中市 333 271 861
嘉南彭地區 台南市 333 281 904
高屏地區 高雄市 328 281 903
花蓮地區 花蓮市 324 278 891
台東地區 台東市 332 280 899
14
24 小時溫度變化以近似正弦變化計算設計溫度ndash DR 百分比 times DRDR 值可取 6 溫度最低在 5 時 (100) 最高在 15 時 (0)
時間 DR 百分比
時間 DR百分比
時間 DR 百分比
時間 DR 百分比
1 87 7 93 13 11 19 342 92 8 84 14 3 20 473 96 9 71 15 0 21 584 99 10 56 16 3 22 685 100 11 39 17 10 23 766 98 12 23 18 21 24 82
15
空間用途類別 參考單位面積外氣送風量 m3hrm2
辦公室會客室 23 旅館房間 54room 營業用餐廳 10集會場所 19百貨商場 36通道走廊 09教室 92戲院電影院演藝場 73理髮美容院 73舞蹈棋室球戲等康樂活動室 92
註可用最小外氣量每人 85Ls( 每秒公升 )或其他相關規範或標準如建築技術規則及美國 ASHRAE 621 標準上表參考加州及新加坡規範值
16
建築隔熱計算
建材熱阻值( 綠建築標章計算資料 )
17
建材名稱 熱阻 R 建材名稱 熱阻 R
外氣膜 0043 石膏板 00706
內氣膜 ( 熱阻係數 19) 0111 石棉浪板 0003
內氣膜 ( 熱阻係數 17) 0143 岩棉保溫材 0762
磁磚 0008 石棉矽酸鈣板 0167
水泥砂漿 0007 璃棉 0714
水泥砂漿 001 瀝青防音塗料 0004
鋼筋混凝土 0086 花崗石 0009
鋼筋混凝土 0107 柏油 0004
紅磚 0288 水泥防水粉光 0007
輕質混凝土 0125 馬賽克 0004
鋼筋混凝土預鑄版 012 泡沫混凝土 0471
鑽泥板 0139 PU 板 004
玻璃 001 泡沫混凝土 0588
石棉板 0008 油毛氈 0091
合板 01 岩棉吸音板 0234
鋁板 762E-06 空氣層 (無厚度 ) 0086
鋁板 286E-05 空氣層 0182
玻璃棉 0714R 值 (m2 W)
18
隔熱計算
石膏板00706
總熱阻 (R1+R2+R3+helliphellip)=011+0086+00706+0043=03096
總熱傳係術U=323 Wm2
鋼筋混泥土0086
內空氣膜011
外空氣膜0043
19
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
10
降低建築外殼熱負荷 外牆隔熱適當開窗減少太陽熱輻射室內負荷 照明節能減少設備用電等外氣通風負荷 ( 適當外氣量控制 )
11
214
4
10
3
209
7
27
4
屋頂 玻璃幅射 玻璃傳導 外牆 隔間牆燈 人員 辦公器具 外氣 風車 外殼 ( 屋頂玻
璃輻射玻璃傳導外牆隔間牆 )共 33
內部負荷 ( 燈人員辦公器具風車 ) 共 40
外氣負荷 27
12
至少包含以下內容設計基準日之逐時空調負荷計算計算之輸入參數應包含人員密度照明用電密 度各項設備用電密度溫度設定值各項室
內熱負荷等必要之室內熱獲得計算顯熱及潛熱負荷計算應包含各項建築外殼熱獲 得與室內設備與人員發散熱並應考慮建築體 之熱質量效應之影響
13
( 取全年 04 最高發生率 )
氣候分區名稱 代表點 乾球溫度()
濕球溫度()
外氣焓值(kJkg) 註 2
北宜金馬地區 台北市 348 277 885
桃竹苗地區 新竹市 339 280 901
中彰投雲地區 台中市 333 271 861
嘉南彭地區 台南市 333 281 904
高屏地區 高雄市 328 281 903
花蓮地區 花蓮市 324 278 891
台東地區 台東市 332 280 899
14
24 小時溫度變化以近似正弦變化計算設計溫度ndash DR 百分比 times DRDR 值可取 6 溫度最低在 5 時 (100) 最高在 15 時 (0)
時間 DR 百分比
時間 DR百分比
時間 DR 百分比
時間 DR 百分比
1 87 7 93 13 11 19 342 92 8 84 14 3 20 473 96 9 71 15 0 21 584 99 10 56 16 3 22 685 100 11 39 17 10 23 766 98 12 23 18 21 24 82
15
空間用途類別 參考單位面積外氣送風量 m3hrm2
辦公室會客室 23 旅館房間 54room 營業用餐廳 10集會場所 19百貨商場 36通道走廊 09教室 92戲院電影院演藝場 73理髮美容院 73舞蹈棋室球戲等康樂活動室 92
註可用最小外氣量每人 85Ls( 每秒公升 )或其他相關規範或標準如建築技術規則及美國 ASHRAE 621 標準上表參考加州及新加坡規範值
16
建築隔熱計算
建材熱阻值( 綠建築標章計算資料 )
17
建材名稱 熱阻 R 建材名稱 熱阻 R
外氣膜 0043 石膏板 00706
內氣膜 ( 熱阻係數 19) 0111 石棉浪板 0003
內氣膜 ( 熱阻係數 17) 0143 岩棉保溫材 0762
磁磚 0008 石棉矽酸鈣板 0167
水泥砂漿 0007 璃棉 0714
水泥砂漿 001 瀝青防音塗料 0004
鋼筋混凝土 0086 花崗石 0009
鋼筋混凝土 0107 柏油 0004
紅磚 0288 水泥防水粉光 0007
輕質混凝土 0125 馬賽克 0004
鋼筋混凝土預鑄版 012 泡沫混凝土 0471
鑽泥板 0139 PU 板 004
玻璃 001 泡沫混凝土 0588
石棉板 0008 油毛氈 0091
合板 01 岩棉吸音板 0234
鋁板 762E-06 空氣層 (無厚度 ) 0086
鋁板 286E-05 空氣層 0182
玻璃棉 0714R 值 (m2 W)
18
隔熱計算
石膏板00706
總熱阻 (R1+R2+R3+helliphellip)=011+0086+00706+0043=03096
總熱傳係術U=323 Wm2
鋼筋混泥土0086
內空氣膜011
外空氣膜0043
19
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
11
214
4
10
3
209
7
27
4
屋頂 玻璃幅射 玻璃傳導 外牆 隔間牆燈 人員 辦公器具 外氣 風車 外殼 ( 屋頂玻
璃輻射玻璃傳導外牆隔間牆 )共 33
內部負荷 ( 燈人員辦公器具風車 ) 共 40
外氣負荷 27
12
至少包含以下內容設計基準日之逐時空調負荷計算計算之輸入參數應包含人員密度照明用電密 度各項設備用電密度溫度設定值各項室
內熱負荷等必要之室內熱獲得計算顯熱及潛熱負荷計算應包含各項建築外殼熱獲 得與室內設備與人員發散熱並應考慮建築體 之熱質量效應之影響
13
( 取全年 04 最高發生率 )
氣候分區名稱 代表點 乾球溫度()
濕球溫度()
外氣焓值(kJkg) 註 2
北宜金馬地區 台北市 348 277 885
桃竹苗地區 新竹市 339 280 901
中彰投雲地區 台中市 333 271 861
嘉南彭地區 台南市 333 281 904
高屏地區 高雄市 328 281 903
花蓮地區 花蓮市 324 278 891
台東地區 台東市 332 280 899
14
24 小時溫度變化以近似正弦變化計算設計溫度ndash DR 百分比 times DRDR 值可取 6 溫度最低在 5 時 (100) 最高在 15 時 (0)
時間 DR 百分比
時間 DR百分比
時間 DR 百分比
時間 DR 百分比
1 87 7 93 13 11 19 342 92 8 84 14 3 20 473 96 9 71 15 0 21 584 99 10 56 16 3 22 685 100 11 39 17 10 23 766 98 12 23 18 21 24 82
15
空間用途類別 參考單位面積外氣送風量 m3hrm2
辦公室會客室 23 旅館房間 54room 營業用餐廳 10集會場所 19百貨商場 36通道走廊 09教室 92戲院電影院演藝場 73理髮美容院 73舞蹈棋室球戲等康樂活動室 92
註可用最小外氣量每人 85Ls( 每秒公升 )或其他相關規範或標準如建築技術規則及美國 ASHRAE 621 標準上表參考加州及新加坡規範值
16
建築隔熱計算
建材熱阻值( 綠建築標章計算資料 )
17
建材名稱 熱阻 R 建材名稱 熱阻 R
外氣膜 0043 石膏板 00706
內氣膜 ( 熱阻係數 19) 0111 石棉浪板 0003
內氣膜 ( 熱阻係數 17) 0143 岩棉保溫材 0762
磁磚 0008 石棉矽酸鈣板 0167
水泥砂漿 0007 璃棉 0714
水泥砂漿 001 瀝青防音塗料 0004
鋼筋混凝土 0086 花崗石 0009
鋼筋混凝土 0107 柏油 0004
紅磚 0288 水泥防水粉光 0007
輕質混凝土 0125 馬賽克 0004
鋼筋混凝土預鑄版 012 泡沫混凝土 0471
鑽泥板 0139 PU 板 004
玻璃 001 泡沫混凝土 0588
石棉板 0008 油毛氈 0091
合板 01 岩棉吸音板 0234
鋁板 762E-06 空氣層 (無厚度 ) 0086
鋁板 286E-05 空氣層 0182
玻璃棉 0714R 值 (m2 W)
18
隔熱計算
石膏板00706
總熱阻 (R1+R2+R3+helliphellip)=011+0086+00706+0043=03096
總熱傳係術U=323 Wm2
鋼筋混泥土0086
內空氣膜011
外空氣膜0043
19
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
12
至少包含以下內容設計基準日之逐時空調負荷計算計算之輸入參數應包含人員密度照明用電密 度各項設備用電密度溫度設定值各項室
內熱負荷等必要之室內熱獲得計算顯熱及潛熱負荷計算應包含各項建築外殼熱獲 得與室內設備與人員發散熱並應考慮建築體 之熱質量效應之影響
13
( 取全年 04 最高發生率 )
氣候分區名稱 代表點 乾球溫度()
濕球溫度()
外氣焓值(kJkg) 註 2
北宜金馬地區 台北市 348 277 885
桃竹苗地區 新竹市 339 280 901
中彰投雲地區 台中市 333 271 861
嘉南彭地區 台南市 333 281 904
高屏地區 高雄市 328 281 903
花蓮地區 花蓮市 324 278 891
台東地區 台東市 332 280 899
14
24 小時溫度變化以近似正弦變化計算設計溫度ndash DR 百分比 times DRDR 值可取 6 溫度最低在 5 時 (100) 最高在 15 時 (0)
時間 DR 百分比
時間 DR百分比
時間 DR 百分比
時間 DR 百分比
1 87 7 93 13 11 19 342 92 8 84 14 3 20 473 96 9 71 15 0 21 584 99 10 56 16 3 22 685 100 11 39 17 10 23 766 98 12 23 18 21 24 82
15
空間用途類別 參考單位面積外氣送風量 m3hrm2
辦公室會客室 23 旅館房間 54room 營業用餐廳 10集會場所 19百貨商場 36通道走廊 09教室 92戲院電影院演藝場 73理髮美容院 73舞蹈棋室球戲等康樂活動室 92
註可用最小外氣量每人 85Ls( 每秒公升 )或其他相關規範或標準如建築技術規則及美國 ASHRAE 621 標準上表參考加州及新加坡規範值
16
建築隔熱計算
建材熱阻值( 綠建築標章計算資料 )
17
建材名稱 熱阻 R 建材名稱 熱阻 R
外氣膜 0043 石膏板 00706
內氣膜 ( 熱阻係數 19) 0111 石棉浪板 0003
內氣膜 ( 熱阻係數 17) 0143 岩棉保溫材 0762
磁磚 0008 石棉矽酸鈣板 0167
水泥砂漿 0007 璃棉 0714
水泥砂漿 001 瀝青防音塗料 0004
鋼筋混凝土 0086 花崗石 0009
鋼筋混凝土 0107 柏油 0004
紅磚 0288 水泥防水粉光 0007
輕質混凝土 0125 馬賽克 0004
鋼筋混凝土預鑄版 012 泡沫混凝土 0471
鑽泥板 0139 PU 板 004
玻璃 001 泡沫混凝土 0588
石棉板 0008 油毛氈 0091
合板 01 岩棉吸音板 0234
鋁板 762E-06 空氣層 (無厚度 ) 0086
鋁板 286E-05 空氣層 0182
玻璃棉 0714R 值 (m2 W)
18
隔熱計算
石膏板00706
總熱阻 (R1+R2+R3+helliphellip)=011+0086+00706+0043=03096
總熱傳係術U=323 Wm2
鋼筋混泥土0086
內空氣膜011
外空氣膜0043
19
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
13
( 取全年 04 最高發生率 )
氣候分區名稱 代表點 乾球溫度()
濕球溫度()
外氣焓值(kJkg) 註 2
北宜金馬地區 台北市 348 277 885
桃竹苗地區 新竹市 339 280 901
中彰投雲地區 台中市 333 271 861
嘉南彭地區 台南市 333 281 904
高屏地區 高雄市 328 281 903
花蓮地區 花蓮市 324 278 891
台東地區 台東市 332 280 899
14
24 小時溫度變化以近似正弦變化計算設計溫度ndash DR 百分比 times DRDR 值可取 6 溫度最低在 5 時 (100) 最高在 15 時 (0)
時間 DR 百分比
時間 DR百分比
時間 DR 百分比
時間 DR 百分比
1 87 7 93 13 11 19 342 92 8 84 14 3 20 473 96 9 71 15 0 21 584 99 10 56 16 3 22 685 100 11 39 17 10 23 766 98 12 23 18 21 24 82
15
空間用途類別 參考單位面積外氣送風量 m3hrm2
辦公室會客室 23 旅館房間 54room 營業用餐廳 10集會場所 19百貨商場 36通道走廊 09教室 92戲院電影院演藝場 73理髮美容院 73舞蹈棋室球戲等康樂活動室 92
註可用最小外氣量每人 85Ls( 每秒公升 )或其他相關規範或標準如建築技術規則及美國 ASHRAE 621 標準上表參考加州及新加坡規範值
16
建築隔熱計算
建材熱阻值( 綠建築標章計算資料 )
17
建材名稱 熱阻 R 建材名稱 熱阻 R
外氣膜 0043 石膏板 00706
內氣膜 ( 熱阻係數 19) 0111 石棉浪板 0003
內氣膜 ( 熱阻係數 17) 0143 岩棉保溫材 0762
磁磚 0008 石棉矽酸鈣板 0167
水泥砂漿 0007 璃棉 0714
水泥砂漿 001 瀝青防音塗料 0004
鋼筋混凝土 0086 花崗石 0009
鋼筋混凝土 0107 柏油 0004
紅磚 0288 水泥防水粉光 0007
輕質混凝土 0125 馬賽克 0004
鋼筋混凝土預鑄版 012 泡沫混凝土 0471
鑽泥板 0139 PU 板 004
玻璃 001 泡沫混凝土 0588
石棉板 0008 油毛氈 0091
合板 01 岩棉吸音板 0234
鋁板 762E-06 空氣層 (無厚度 ) 0086
鋁板 286E-05 空氣層 0182
玻璃棉 0714R 值 (m2 W)
18
隔熱計算
石膏板00706
總熱阻 (R1+R2+R3+helliphellip)=011+0086+00706+0043=03096
總熱傳係術U=323 Wm2
鋼筋混泥土0086
內空氣膜011
外空氣膜0043
19
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
14
24 小時溫度變化以近似正弦變化計算設計溫度ndash DR 百分比 times DRDR 值可取 6 溫度最低在 5 時 (100) 最高在 15 時 (0)
時間 DR 百分比
時間 DR百分比
時間 DR 百分比
時間 DR 百分比
1 87 7 93 13 11 19 342 92 8 84 14 3 20 473 96 9 71 15 0 21 584 99 10 56 16 3 22 685 100 11 39 17 10 23 766 98 12 23 18 21 24 82
15
空間用途類別 參考單位面積外氣送風量 m3hrm2
辦公室會客室 23 旅館房間 54room 營業用餐廳 10集會場所 19百貨商場 36通道走廊 09教室 92戲院電影院演藝場 73理髮美容院 73舞蹈棋室球戲等康樂活動室 92
註可用最小外氣量每人 85Ls( 每秒公升 )或其他相關規範或標準如建築技術規則及美國 ASHRAE 621 標準上表參考加州及新加坡規範值
16
建築隔熱計算
建材熱阻值( 綠建築標章計算資料 )
17
建材名稱 熱阻 R 建材名稱 熱阻 R
外氣膜 0043 石膏板 00706
內氣膜 ( 熱阻係數 19) 0111 石棉浪板 0003
內氣膜 ( 熱阻係數 17) 0143 岩棉保溫材 0762
磁磚 0008 石棉矽酸鈣板 0167
水泥砂漿 0007 璃棉 0714
水泥砂漿 001 瀝青防音塗料 0004
鋼筋混凝土 0086 花崗石 0009
鋼筋混凝土 0107 柏油 0004
紅磚 0288 水泥防水粉光 0007
輕質混凝土 0125 馬賽克 0004
鋼筋混凝土預鑄版 012 泡沫混凝土 0471
鑽泥板 0139 PU 板 004
玻璃 001 泡沫混凝土 0588
石棉板 0008 油毛氈 0091
合板 01 岩棉吸音板 0234
鋁板 762E-06 空氣層 (無厚度 ) 0086
鋁板 286E-05 空氣層 0182
玻璃棉 0714R 值 (m2 W)
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隔熱計算
石膏板00706
總熱阻 (R1+R2+R3+helliphellip)=011+0086+00706+0043=03096
總熱傳係術U=323 Wm2
鋼筋混泥土0086
內空氣膜011
外空氣膜0043
19
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
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能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
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)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
15
空間用途類別 參考單位面積外氣送風量 m3hrm2
辦公室會客室 23 旅館房間 54room 營業用餐廳 10集會場所 19百貨商場 36通道走廊 09教室 92戲院電影院演藝場 73理髮美容院 73舞蹈棋室球戲等康樂活動室 92
註可用最小外氣量每人 85Ls( 每秒公升 )或其他相關規範或標準如建築技術規則及美國 ASHRAE 621 標準上表參考加州及新加坡規範值
16
建築隔熱計算
建材熱阻值( 綠建築標章計算資料 )
17
建材名稱 熱阻 R 建材名稱 熱阻 R
外氣膜 0043 石膏板 00706
內氣膜 ( 熱阻係數 19) 0111 石棉浪板 0003
內氣膜 ( 熱阻係數 17) 0143 岩棉保溫材 0762
磁磚 0008 石棉矽酸鈣板 0167
水泥砂漿 0007 璃棉 0714
水泥砂漿 001 瀝青防音塗料 0004
鋼筋混凝土 0086 花崗石 0009
鋼筋混凝土 0107 柏油 0004
紅磚 0288 水泥防水粉光 0007
輕質混凝土 0125 馬賽克 0004
鋼筋混凝土預鑄版 012 泡沫混凝土 0471
鑽泥板 0139 PU 板 004
玻璃 001 泡沫混凝土 0588
石棉板 0008 油毛氈 0091
合板 01 岩棉吸音板 0234
鋁板 762E-06 空氣層 (無厚度 ) 0086
鋁板 286E-05 空氣層 0182
玻璃棉 0714R 值 (m2 W)
18
隔熱計算
石膏板00706
總熱阻 (R1+R2+R3+helliphellip)=011+0086+00706+0043=03096
總熱傳係術U=323 Wm2
鋼筋混泥土0086
內空氣膜011
外空氣膜0043
19
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
16
建築隔熱計算
建材熱阻值( 綠建築標章計算資料 )
17
建材名稱 熱阻 R 建材名稱 熱阻 R
外氣膜 0043 石膏板 00706
內氣膜 ( 熱阻係數 19) 0111 石棉浪板 0003
內氣膜 ( 熱阻係數 17) 0143 岩棉保溫材 0762
磁磚 0008 石棉矽酸鈣板 0167
水泥砂漿 0007 璃棉 0714
水泥砂漿 001 瀝青防音塗料 0004
鋼筋混凝土 0086 花崗石 0009
鋼筋混凝土 0107 柏油 0004
紅磚 0288 水泥防水粉光 0007
輕質混凝土 0125 馬賽克 0004
鋼筋混凝土預鑄版 012 泡沫混凝土 0471
鑽泥板 0139 PU 板 004
玻璃 001 泡沫混凝土 0588
石棉板 0008 油毛氈 0091
合板 01 岩棉吸音板 0234
鋁板 762E-06 空氣層 (無厚度 ) 0086
鋁板 286E-05 空氣層 0182
玻璃棉 0714R 值 (m2 W)
18
隔熱計算
石膏板00706
總熱阻 (R1+R2+R3+helliphellip)=011+0086+00706+0043=03096
總熱傳係術U=323 Wm2
鋼筋混泥土0086
內空氣膜011
外空氣膜0043
19
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
建材熱阻值( 綠建築標章計算資料 )
17
建材名稱 熱阻 R 建材名稱 熱阻 R
外氣膜 0043 石膏板 00706
內氣膜 ( 熱阻係數 19) 0111 石棉浪板 0003
內氣膜 ( 熱阻係數 17) 0143 岩棉保溫材 0762
磁磚 0008 石棉矽酸鈣板 0167
水泥砂漿 0007 璃棉 0714
水泥砂漿 001 瀝青防音塗料 0004
鋼筋混凝土 0086 花崗石 0009
鋼筋混凝土 0107 柏油 0004
紅磚 0288 水泥防水粉光 0007
輕質混凝土 0125 馬賽克 0004
鋼筋混凝土預鑄版 012 泡沫混凝土 0471
鑽泥板 0139 PU 板 004
玻璃 001 泡沫混凝土 0588
石棉板 0008 油毛氈 0091
合板 01 岩棉吸音板 0234
鋁板 762E-06 空氣層 (無厚度 ) 0086
鋁板 286E-05 空氣層 0182
玻璃棉 0714R 值 (m2 W)
18
隔熱計算
石膏板00706
總熱阻 (R1+R2+R3+helliphellip)=011+0086+00706+0043=03096
總熱傳係術U=323 Wm2
鋼筋混泥土0086
內空氣膜011
外空氣膜0043
19
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
18
隔熱計算
石膏板00706
總熱阻 (R1+R2+R3+helliphellip)=011+0086+00706+0043=03096
總熱傳係術U=323 Wm2
鋼筋混泥土0086
內空氣膜011
外空氣膜0043
19
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
19
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
20
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
212173
外牆 R 值計算案例 ( 英制 )
U=1R = 007 hr ft 2FBtu = 007 x 5678 = 0397 Wm2 C
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
22
熱傳 =U (1R) x 面積 x ( 內外空氣溫差 )
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
23
24
40cm 90cm
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
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RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
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空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
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空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
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北科大 RTS1軟體操作計算演習
24
40cm 90cm
25
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在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
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能見光 紅外線占 40
對數座標
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墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
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l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
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)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
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日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
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cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
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屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
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cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
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coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
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牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
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空調負荷熱平衡概論
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熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
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一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
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外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
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外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
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熱對流係數計算
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暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
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由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
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CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
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CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
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CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
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RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
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計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
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計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
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外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
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Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
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燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
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熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
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2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
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NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
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框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
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表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
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gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
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太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
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對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
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日氣溫度計算案例
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外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
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屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
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模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
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模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
25
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
26
在大氣層外之太陽輻射垂直強度約為1367Wm2 穿過大氣層後減弱
以台灣地區而言抵達地面時經過雲層平均約有 600 Wm2
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
27
能見光 紅外線占 40
對數座標
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
28
墻之角位Β 太陽高度角Ψ 天頂角Φ 太陽方位角
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
29
l 緯度h 時間角度 ( 每小時15度 )
D 赤緯角
例 l=23o h=15o d=206o
Sinβ= 0970
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
30
赤緯角 (度 ) A(Wm2) B C
1 月 -202 1202 0141 0103
2 月 -108 1187 0142 0104
3 月 0 1164 0149 0109
4 月 116 1130 0164 012
5 月 20 1106 0177 013
6 月 2345 1092 0185 0137
7 月 206 1093 0186 0138
8 月 123 1107 0182 0134
9 月 0 1136 0165 0121
10 月 -105 1166 0152 0111
11 月 -198 1190 0142 0106
12 月 -2345 1204 0141 0103
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
31
)sinexp( B
AGND
Normal direct irradiation法線日直射 Wm2
GND=1093exp(01860970)
=902Wm2
7月 21 日
晴朗天空午時輻射強度高
A 當空氣質量為零時的地表面日射量 (Wm2) ( apparent solar constant)
B 大氣衰減係數 (atmospheric extinction coefficient)
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
32
日散射
NDdCGGNDdCGGNDdCGG
NDd CGG
利用前例Gd = 0138 x 902 = 125Wm2
C 水平面日散射與法向直達射熱的比值 (sky diffuse factor)
非水平面之日散射
例垂直牆 α=90 Fws =12 Gd = 125 x 05 =625Wm2
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
33
cosNDD GG
輻射與表面法線夾角 ( 入射角 ) 之修正
例垂直入射 時入射角 = 0
NDD GG 例入射角 = 90 度 GD = 0
G = G D + G d
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
34
屋頂 日射角為 0 度
G = 902 + 125=1027Wm2
垂壁 日射角為 90 度
G = 625 Wm2
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
35
cossinsincoscoscos α 牆傾斜角水平屋頂為 0 度垂壁為90度牆太陽方位角 ( 度 )
牆方位角 ( 度 )以北為０度順時針方向繞
太陽方位角 ( 度 )(相對於北方位 )
牆面向西南方位角為 225 度如太陽方位角為 180 度時這面牆的方位角為 45 度
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
36
coscoshsincoscossincos dd
例 7 月 21 日 下午 100 d 赤緯角 = 206L 緯度 =23h 時間角度 15β 太陽高度角
Sinβ= 0970
Cosβ=0243
cos( 太陽方位角 ) = (sin206 x cos23 - cos206 x sin23 x cos15) 0243 = -0121 太陽方位角 =187 ( 以北順時鐘 )
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
入射角計算例子 ( 依前例 )
37
牆方位角 ( 度 ) = 180以北為０度順時針方向繞
牆太陽方位角 ( 度 )=187-180=7
90cos970090sin7cos2430coscossinsincoscoscosxxx
deg76
2410992502430cos
90cos970090sin7cos2430cos
cossinsincoscoscos
x
xxx
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
38
空調負荷熱平衡概論
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
39
熱平衡法 (內外牆 )
牆內熱傳導
內外牆面太陽輻射內外部輻射及對流
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
40
內外牆熱平衡j 外表面
j 內表面
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
41
一區之熱平衡 (外牆 )忽略熱儲存時
熱對流 外氣滲入內部負荷之對流
空調機移除熱
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
42
外強穩態熱傳
內外溫差 x 總熱傳 U值
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
43
外牆太陽輻射及熱對流太陽輻射
外牆對流
熱對流係數計算 (Yazdanian and Klems)
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
44
熱對流係數計算
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
45
暫態熱傳
利用傳導轉移函數 (Conduction transfer function)-- 以前數小時迭代資料演算
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
46
由熱平衡發展出資料庫及計算方法 總當量溫差 時間平均法 (TETDTA) TETD 法利用太陽空氣溫度(Sol-Air Temperature) 觀念考慮建築外殼的動態熱得現象及包含了輻射熱所造成室內家具之蓄熱與放熱等熱質量效應
傳遞函數法 (TFM) TFM 以通過板壁的 Z- 傳遞函數係數 (CTF) 計算逐時的太陽輻射熱配合房間傳遞函數模擬空間空調負荷
冷卻負荷溫差法 (CLTD) 太陽冷卻負荷 (SCL) 將 TFM 計算作成資料庫及表格計算受日光照射的屋頂與牆壁的傳導溫差以及計算玻璃得自太陽及室內熱源的冷卻負荷係數 (CLF)
ASHRAE近年發展輻射時間序列 (RTS) 擬取代前方法以週期反應係數取代了傳導傳遞函數 RTS是簡化方法允許時間延遲效應對尖峰冷卻負荷通常過度預測而不是過低預測
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
47
CLTDCLFSCL 方法簡要說明直接計算逐時空調負荷已考慮建築體熱儲存
逐時開窗空調負荷
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
48
CLTDCLFSCL 方法簡要說明逐時內部負荷
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
49
CLTD 例
Note CLTD values are obtained for indoor temperature of 78 and outdoor temperature of 85
輕結構凌晨時屋頂熱傳導往外 CLTD 為負
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
50
CLF 例 照明案例燈熄後尚有空調負荷
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
51
RTS法解析
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
5252
空調負荷計算法 RTS 說明RTS 法有考慮各項建築之熱負荷簡化輸入格式為其優點
以 24 小時之各項熱得迭代計算得到室內之空調負荷外牆屋頂隔熱性能分為不同等級有不同之熱滲入分析使用日 - 氣溫 (sol-air temperature) 作為外部等效溫度在計算負荷之前先得知驅動暫態熱傳的外部溫度外表面溫度天空溫度外氣溫度風速等不必再去設定
RTS 法中沒有室內表面熱平衡週期反應係數取代了傳導轉移函數
RTS 法無區域熱平衡熱得分為輻射型與對流型對流熱得直接計為空調負荷輻射型熱得有部份熱儲存效應需經 RTSF(radiant time series factors) 轉移成逐時之冷卻負荷
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
5353
RTS 的計算流程計算各外殼表面逐時的太陽輻射
強度
計算各外殼表面逐時日氣溫度
計算逐時的 窗戶輻射熱得
計算逐時的窗戶傳導熱得
用 PRF 計算逐時的表面傳導熱
得
計算逐時的燈具人員設備熱得
計算逐時的外氣負荷
將
各
項
逐
時 熱 得 分
成
輻射
和
對流
兩
部
分
加總各項逐時對流熱得
將各項輻射熱得用 RTS 法計算後加總
Σ= 總熱得
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
54
計算每面建築外殼包括屋頂外牆與開窗逐時之
Gt = GD + Gd
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
5555
外表面之熱平衡 ( 吸收輻射及對流 - 對大氣輻射散熱 )
逐時日氣溫渡之定義為等效溫度 te 故與外表面溫度之熱平衡為
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
56
計算各外殼表面逐時日氣溫度故日氣溫度可推導為
外氣溫度 輻射
吸收率
對大氣散熱之修正
水平取 39C垂壁取 0C
對流係數
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
5757
外表面熱傳導逐時計算 ( )
週期反應係數取代了傳導轉移函數透過 R 值將外牆隔熱性能分為不同等級會有不同之熱滲入經由此公式以 24小時之熱得疊代能計算出傳導進入室內的熱量
n 小時前的 ( ) 室內設計溫度 ( ) 牆屋頂的面積 (m2) 週期反應係數透過選擇建材的 R 值來決定的
conductionq
23
0 )(
nrcneconduction ttYpnAq
rctnet
A
Ypn
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
58
牆與屋頂 PRF週期反應係數Y 牆 1 牆 2 牆 3 屋頂 1 屋頂 2 屋頂 3
YP0 0000156 000052 000053 0006192 0000004 000159YP1 00056 0001441 0000454 004451 0000658 0002817YP2 0014795 0006448 0000446 0047321 000427 0006883YP3 0014441 0012194 0000727 003539 0007757 0009367YP4 0009628 0015366 0001332 0026082 0008259 0009723YP5 0005414 0016223 0002005 0019215 0006915 0009224YP6 0002786 0015652 0002544 0014156 0005116 0008501YP7 0001363 0014326 0002884 0010429 0003527 0007766YP8 0000647 0012675 0003039 0007684 000233 0007076YP9 0000301 0010957 0003046 0005661 0001498 0006443YP10 0000139 0009313 0002949 000417 0000946 0005865YP11 0000063 0007816 0002783 0003072 0000591 0005338YP12 0000029 0006497 0002576 0002264 0000366 0004859YP13 0000013 000536 0002349 0001668 0000225 0004422YP14 0000006 0004395 0002116 0001229 0000138 0004025YP15 0000003 0003587 0001889 0000905 0000085 0003664YP16 0000001 0002915 0001672 0000667 0000052 0003335YP17 0000001 0002362 0001471 0000491 0000032 0003035YP18 0 0001909 0001286 0000362 0000019 0002763YP19 0 0001539 0001119 0000267 0000012 0002515YP20 0 0001239 000097 0000196 0000007 0002289YP21 0 0000996 0000838 0000145 0000004 0002083YP22 0 0000799 0000721 0000107 0000003 0001896YP23 0 0000641 0000619 0000079 0000002 0001726
選擇最接近的的 R 值作為選擇所需的週期反應係數
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
59
Ypn
的判斷選用是依據使用者選擇的牆或屋頂材質所得到的總 R 值 (Wm2C)來做判定牆與屋頂 R值的類型如下
牆 1 R=318 屋頂 1 R=094
牆 2 R=113 屋頂 2 R=411
牆 3 R=436 屋頂 3 R=15
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
60
燈及設備部份依實際狀況計算人員部份參考如下
活動類別 熱負荷 W 顯熱部份 W
潛熱部份 W
靜坐 97 66 31一般辦公 117 72 45辦公及商店輕量工作
132 73 59
站著或步行工作
162 81 81
一般工廠 220 81 139
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
61
熱得型式 輻射比例建議值 對流比例建議值人員 07 03
燈具 067 033
設備 02 08
外牆的傳導熱得 063 037
屋頂的傳導熱得 084 016
透射的太陽輻射 1 0
吸收的太陽輻射 063 037
外氣熱得 0 1
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
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RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
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空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
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空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
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北科大 RTS1軟體操作計算演習
62
2
室內外界室內外界房間人數 hhQqoutdoor
Q每人需要引入的新鮮外氣量單位是 Ls(LPS) 房間人數即是此房間所有的人數
外界 室外空氣比容
室內 室內空氣比容
外界h 室外空氣焓值
室內h 室內空氣焓值
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NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
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框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
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表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
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gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
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太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
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模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
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模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
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建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
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建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
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空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
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空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
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辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
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氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
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台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
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建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
63
NkiGASHGCGASHGCGASHGCGASHGCq dggdDgslgDdffDfslfSHG
逐時熱得公式如下
fSHGC
9305 offf hUSHGC
(Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數
fU 框架 U值(Wm2C)
oh 表面熱傳導(Wm2C)
α sf 框架表面太陽吸收率
ki外遮陽係數 N玻璃數量
fA 框架面積(m2)
gA 玻璃面積(m2)
fslA 為陽光照射在框架的面積(m2)
gslA 為陽光照射在玻璃的面積(m2)
gDSHGC gdSHGC 分別為直射太陽熱得係數漫射太陽熱得係數
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
64
框架材質 墊片類型 產品類型 玻璃層的數目 可以操作 固定的 單層 雙層 三層 單層 雙層 三層
鋁 (沒有熱阻斷 ) ALL 238 227 22 192 18 174
鋁 (有熱阻斷 ) 金屬 12 092 083 132 113 111
絕緣 na 088 077 na 104 102覆鋁的木板 強化聚乙烯 金屬 06 058 051 055 051 048
絕緣 na 055 048 na 048 044
木板聚乙烯 金屬 055 051 048 055 048 042
絕緣 na 049 04 na 042 035絕緣玻璃纖維 聚乙烯 金屬 037 033 032 037 033 032
絕緣 na 032 026 na 032 026
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
65
表面 吸收率紅磚 063
油漆 ( 塗料 ) 主要是紅色 063
油漆 ( 塗料 ) 表面無光澤的黑色 094
油漆 ( 塗料 ) 沙岩 05
油漆 ( 塗料 ) 白色丙烯酸 026
全新的鍍鋅金屬板 065
風化的鍍鋅金屬板 08
木瓦灰色 082
木瓦棕色 091
木瓦黑色 097
木瓦白色 075
混凝土 06-083
柏油 ( 瀝青 ) 09-095
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
66
gDSHGCgdSHGC
玻璃系統 玻璃屬性 玻璃厚度 入射角ID in (mm) 0 40 50 60 70 80 漫射
18 (32) 未上塗料的單層玻璃 CLR SHGC 086 084 082 078 067 042 078
18 (32) 未上塗料的雙層玻璃 CLR SHGC 076 074 071 064 05 026 066
5b 14 (64) 未上塗料的雙層玻璃 CLR CLR SHGC 07 067 064 058 045 023 06
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01LE CLR SHGC 065 064 062 056 043 023 057
18 (32) Low-e雙層玻璃 e=01CLR LE SHGC 06 058 056 051 04 022 052
18 (32) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 068 065 062 054 039 018 057
29b 14 (64) 三層玻璃 CLR CLR CLR SHGC 061 058 055 048 035 016 051
18 (32) 三層玻璃 e=02 LE CLR CLR SHGC 06 058 055 048 035 017 051
18 (32)三層玻
璃 e=02 CLR CLR LE
SHGC 062 06 057 049 036 016 052
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
6767
SHGC = 087 x SC(shading coefficient 遮蔽係數 )因 SHGC 已考慮玻璃透熱率
水平遮陽 PH
垂直遮陽 PV
窗寬高WH
遮陰 SW SH
6868
總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
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空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
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空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
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北科大 RTS1軟體操作計算演習
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總輻射逐時熱獲得 RTS 法 ( )
所有熱得必須被區分為對流和輻射以輻射時間序列的係數（ RTF）使用即時和先前的輻射熱得計算冷房負荷計算的公式如下所示
即時熱得 n 小時前的熱得 第 n 個小時的輻射時間係數查表得
radiationq
2323332210 qrqrqrqrqrq CL
CLq
nq
nr
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
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北科大 RTS1軟體操作計算演習
69
非太陽直接輻射 直接太陽輻射R LW MW1 MW2 HW LW MW1 MW2 HWr0 050619 051669 025509 022419 047997 051430 018452 017981 r1 022962 020833 011396 007686 024464 018969 009653 008864 r2 011864 010846 006959 005778 012726 010804 006789 006278 r3 00639 006232 005133 005019 006711 006733 005450 005178 r4 003533 003785 004259 004565 003607 004289 004712 004590 r5 001989 002373 003771 004243 001977 002756 004257 004224 r6 001134 001515 003461 00399 001102 001779 003949 003970 r7 000653 000977 003241 003779 000624 001152 003724 003776 r8 00038 000634 003071 003596 000358 000748 003547 003618 r9 000222 000413 002931 003433 000208 000486 003399 003481 r10 000131 00027 002809 003286 000122 000317 003269 003358 r11 000079 000177 0027 003151 000073 000207 003151 003244 r12 000048 000117 002598 003026 000044 000136 003041 003137 r13 00003 000078 002504 00291 000028 000090 002938 003036 r14 00002 000052 002414 002802 000018 000060 002840 002939 r15 000014 000036 002328 0027 000013 000041 002745 002846 r16 00001 000025 002246 002604 000010 000028 002654 002756 r17 000008 000018 002167 002513 000008 000020 002566 002670 r18 000007 000013 002091 002427 000007 000014 002482 002586 r19 000006 00001 002018 002345 000006 000011 002400 002506 r20 000006 000008 001948 002267 000005 000008 002321 002428 r21 000005 000007 00188 002192 000005 000007 002244 002353 r22 000005 000006 001815 002121 000005 000006 002170 002280 r23 000005 000005 001751 002052 000005 000005 002098 002210
70
太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
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太陽輻射時間係數用於透過玻璃的太陽輻射熱得非太陽型的輻射時間係數則用於其他的熱得
R 值可以來判別哪一種房間的類型
761R ------------＞使用 LW的 r
472761 R -------＞使用MW1的 r
353472 R -------＞使用MW2的 r
353R -------------＞使用 HW的 r
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對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
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日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
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模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
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模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
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建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
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建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
71
對流
對流對流對流
對流對流
outdoor
speopleequipmentlight
windowconductionconductionconvective
q
qqq
qqq
對流熱得 = 熱負荷
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
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台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
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建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
72
日氣溫度計算案例
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
73
外牆例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
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模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
74
屋頂例子 R(Fft2hrBtu)5678=R(m2CW)
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
75
模擬建築案例
東區中央內部
南區
北區
西區
模型 1- 開窗率 30無遮陽之 RC構造標準建築 短邊 30 公尺長邊 60
公尺 ( 長邊面北 ) 建築高度 40 公尺每層高 4 公尺一共十層樓之建築
建築立面為帶狀開窗窗高 2m 其各向平均開口率為 30( 相當於窗高 12m)
平面尺寸及空調分區 分東西南北四
區加上中央內部空調區一共五區之空調分區
中央內部
76
模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
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外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
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空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
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北科大 RTS1軟體操作計算演習
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模擬建築案例 模型 2- 開窗率 30遮陽 10m之 RC構造標準建築 於建築外牆開口部玻璃部分設計水平10m 外遮陽其餘參數與模型 1 相同
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建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
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建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
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空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
77
建築模型之材料性質構造層 厚度 d 熱傳導係數
k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數00435
磁磚 10 13 00077 084 2400
水泥沙漿 15 15 00100 080 2000
鋼筋混凝土 120 14 00857 088 2200
水泥沙漿 10 15 00067 080 2000
內表面對流係數01111
構造層 厚度 d 熱傳導係數k
熱阻 ra 重量比熱Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
外表面對流係數 00435
PU 板 2 005 00400 125 375
泡沫混凝土 100 017 05882 110 600
油毛氈 10 011 00909 090 1020
鋼筋混凝土 150 14 01071 088 2200
空氣層 20 011 01818 084 16
岩棉吸音板 15 0064 02344 084 300
內表面對流係數 01429
RC 外壁構造(U=349Wm2K)
RC構造屋頂 (U=075Wm2K ))
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
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台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
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建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
78
建築模型之材料性質
構造層厚度 d 熱傳導係
數 k熱阻 ra 重量比熱
Cp 密度
mm WmK m2KW kJkgK kgm3
內表面對流係數
01429
鋼筋混凝土樓板 150 14
01071088 2200
內表面對流係數
01429
內表面 外表面
太陽輻射吸收率 06 06
紅外線放射率 09 0 9
參數 數值玻璃厚度 3175 mm
雙層玻璃間空氣層厚度 13 mm折射指數 1526
單層玻璃垂直透光率 086156 玻璃熱傳導係數 106 WmK
窗內外之 U值 ( 內透過窗對外空氣層 ) 30 Wm2K 半球紅外線放射率 (無鍍膜玻璃 ) 09
玻璃密度 m3 玻璃比熱 750 JkgK 內遮陽 無
雙層玻璃垂直光線之遮敝係數 (SC) 0907 雙層玻璃垂直光線之太陽輻射熱得
(SHGC)0789
RC樓板構造 ( 由內而外 )(U=337Wm2K) 不透光建材表面熱輻射性質
可透光窗戶熱性質
79
空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
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空調負荷計算條件
一日室內人員變動情形 人員密度以 010人
m2為輸入值人員一日變動的時間分佈如右上圖
一日照明時間分佈情形 照明密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右下圖
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
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台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
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建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
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建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
80
空調負荷計算條件
一日機器發熱時間分佈情形 設備發熱量密度為 20Wm2 其變動的時間分佈如右圖
人體發散熱 取一般辦公條件顯熱為 70
W 人潛熱為 60 W 人 新鮮外氣量
由空調系統引入之新鮮外氣量參考美國 ASHRAE Standard 621 以一般之建議值85Ls 作為新鮮外氣量之輸入標準
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
81
空調負荷計算軟體認可標準程序本研究參考採用 ANSIASHRAE Std 140 所揭櫫之方法又因本研究主要為應用在最大負荷計算因此本研究僅針對第一類程式計算進行驗證
提送審查認可之空調負荷計算軟體須與美國能源部 DOE-2程式比較計算得之最高空調負荷差異應在 10 以內
因申請認可軟體之審查共需經由兩個標準建築之空調負荷計算提供比較及作認可審查用以平均計算差異作為審查標準
驗證軟體以及 DOE 2 程式皆採用 ASHRAE Handbook 2005的台北市之外氣設計條件 (04 發生率 ) 348 db 277 wb 885kJkg
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
82
空調負荷計算軟體認可標準程序RTS-1 受驗軟體與 DOE-2在兩個標準建築模型下之總平均差異百分比絕對值如下表所示 RTS-1 空調負荷軟體兩種模型與 DOE-2 之總平均差異百分比絕對值為 22 受驗結果為合格
軟體名稱 DOE 2 RTS-1 差異百分比案例編號 kW kW
1 205708 19863 -36
2 191991 19052 -08
總平均差異百分比絕對值
()
22
RTS-1 最大空調負荷計算差異分析報表
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
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外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
83
辦公類建築負荷模擬解析 左圖建築案例為 7月
21 日各項負荷之模擬值可看出顯熱負荷佔總熱負荷比例約67 顯熱負荷包含牆壁屋頂玻璃人員燈具設備等之相關熱負荷
潛熱負荷佔約 6 之總熱負荷此部分只包含人員熱負荷外氣負荷佔約 27
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
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台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
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建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
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改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
84
氣候區域對建築與空調負荷之影響原模擬案例建築地點位於台北現增加不同緯度及氣候條件之台中與
高雄的氣象資料如下表所示比較不同氣候區域對建築與空調負荷之影響
項目 單位 台北 台中 高雄
最大外界設計溫度
Drybulb at High
348 333 328
設計濕球溫度Wetbulb at High
266 263 272
日較差 68 68 42
台北台中高雄氣象資料設定條件表 ( 資料來源 ASHRAE Fundamental Handbook Ch28 2005 edition)
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
85
台北台中高雄最大空調負荷比較
地區 最大空調負荷 (kW) 相差百分比 ()
台北 18981 -
台中 18339 -35
高雄 18902 -042
台中 7月 21 日逐時各項負荷圖 高雄 7月 21 日逐時各項負荷圖
台北台中高雄 7 月 21日最大空調負荷比較表
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
86
建築外殼構造對空調負荷之影響假設在此建築之外牆構造為鋼筋混凝土外牆 (U值 =349Wm2K) 基礎
上在外表面對流係數外加上一空氣層與花崗石以此新外殼做研究本研究以 PRFRTF Generator 程式得到新外殼 (U值 =2197Wm2K)之週期反應係數 (PRF Periodic Response Factors) 如右下表所示
時刻 外牆 時刻 外牆1 00039605 13 00125657
2 00236999 14 00109189
3 00411073 15 00094879
4 00419865 16 00082445
5 00380431 17 0007164
6 00334413 18 00062251
7 00291531 19 00054092
8 00253556 20 00047003
9 00220383 21 00040843
10 00191515 22 0003549
11 00166419 23 00030839
12 00144609 24 00026797PRFRTF Generator 程式輸入介面 新外殼之週期反應係數 (PRF) 表
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
87
台北台中新舊外殼之負荷分析
台北新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台中新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖
台北新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
台中新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
88
高雄新舊外殼之負荷分析
kW
高雄新舊外殼之顯熱負荷分析折線圖 高雄新舊外殼之外殼負荷分析折線圖
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
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建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
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模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
89
改變建築外殼材質之結果討論 最大空調負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 18981 -
原設計加上花崗石( 台北 )
17853 594
原案例 ( 台中 ) 18339 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
17331 549
原案例 ( 高雄 ) 18902 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
17938 51
最大外殼負荷 (kW) 降低負荷百分比 ()
原案例 ( 台北 ) 5678 -
原設計加上花崗石( 台北 )
455 1987
原案例 ( 台中 ) 5258 -
原設計加上花崗石 ( 台中 )
4254 1909
原案例 ( 高雄 ) 5117 -
原設計加上花崗石 ( 高雄 )
4153 1884
加上花崗石之原外殼由於多了一層空氣層與花崗石增加外殼構造體的厚度及絕緣性也降低了 U 值在最大空調負荷方面平均可降低約 551
我們將檢視範圍縮小至外殼負荷來看由左下表發現降低外殼負荷之效果十分顯著其結果也使得建築物之最大外殼負荷平均降低了 1927
台北台中高雄新舊外殼之最大空調負荷比較表
台北台中高雄新舊外殼之最大外殼負荷比較表
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
90
建築開窗率對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 開窗率為 30) 做為基準改變外牆開窗率由 10至 50 使其成為 5 個變因案例
台北與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
91
模擬開窗率結果 - 台中 amp 高雄
台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
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改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
91
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台中與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原開窗率 30比較最大空調負荷增減百分比直條圖
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
92
改變外牆開窗率之結果討論
台北各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17365 18173 18981 19789 20597
增減百分比 -8513776935 -4083076457 - 4256888467 8166152913
平均增加百分比 5003978954
台中各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 16706 17522 18339 19156 19845
增減百分比 -8904520421 -4264982251 - 445498664 7861766548
平均增加百分比 5097251172
高雄各開窗率與原開窗率 30 之比較
開窗率 開窗率 10 開窗率 20 開窗率 30 開窗率 40 開窗率 50
最大空調負荷 17263 18083 18902 19722 20541
增減百分比 -8671040102 -4152722848 - 4338165274 8310516175
平均增加百分比 509448888
台北台中高雄原設計開窗率 30 與改變後之最大空調負荷增減百分比
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
93
室內溫度設定對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 室內溫度為 26 ) 做為基準改變室內溫度設定由 24至 28使其成為 5 個變因案例
台北與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
94
模擬室內溫度結果 - 台中 amp 高雄
台中與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
高雄與原室內溫度 26比較最大空調負荷增減百分比直條圖
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
95
改變室內溫度之結果討論台北各室內溫度與原室內溫度 26之比較
室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度最大空調負荷 20464 19729 18981 1822 17444
增減百分比 -7813076234 -3940782888 - 400927243 8097571255
平均增加百分比 4772140562
台中各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 19519 19088 18339 17577 16801
增減百分比 -643437483 -4084192159 - 4155079339 8386498719
平均增加百分比 4612029009
高雄各室內溫度與原室內溫度 26之比較室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度 室內溫度
最大空調負荷 20389 19652 18902 18139 17361
增減百分比 -7866892392 -3967834092 - 4036609883 8152576447
平均增加百分比 4804782563
台北台中高雄原設計室內溫度 26與改變後之最大空調負荷增減百分比
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
96
建築方位對空調負荷之影響 以原模擬案例 ( 長邊面北為 0deg ) 做為基準改變建築方位一次順時針旋轉 45deg 由 0deg 至 135 deg 使其成為 4 個變因案例
北區
東區
南區
西區
原建築方位之示意圖
97
三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
南區
西區
西區
西區
東區
西區
原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
原建築方位旋轉 90deg 之示意圖
原建築方位旋轉 135deg 之示意圖
98
改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
台中各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
高雄各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
台北台中高雄原設計建築方位 0deg 與旋轉後之最大空調負荷增減百分比
99
外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
台北各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
100
模擬各水平外遮陽長度結果 - 台中 amp 高雄
台中各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
高雄各外遮陽長度比較最大空調負荷分析折線圖
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
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三種方位旋轉示意圖
北區北區
北區
東區
東區
東區
南區南區
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西區
西區
西區
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原建築方位旋轉 45deg 之示意圖
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改變建築方位之結果討論台北各建築方位與原建築方位之比較
建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18981 20096 20391 20455
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建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
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建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
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RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
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空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
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旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
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建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
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增加百分比 - 5874295348 7428481113 7765660397
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建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18339 1944 19746 19819
增加百分比 - 6003598888 7672174055 8070232837
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建築方位 原建築方位 0deg 旋轉 45deg 旋轉 90deg 旋轉 135deg
最大空調負荷 18902 19928 20296 20357
增加百分比 - 5427997037 7374880965 7697598138
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外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
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RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
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旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
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外遮陽之有效長度分析以原模擬案例做為基準改變水平外遮陽長度一次增加 10 公分探討一公尺後的遮陽效果以期找出最佳的遮陽長度
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RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
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RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
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102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
104
北科大 RTS1軟體操作計算演習
101
RTS法討論使用 RTS方法進行空調負荷計算其簡易之資料輸入減少了因大量繁雜輸入造成的時間浪費並且也維持負荷計算之準確度
RTS-1 空調負荷計算程式為了更貼近台灣環境可將台灣常用建材加入程式資料庫且資料庫內容可隨使用者需求做變更使負荷計算結果與實際情形更相符
RTS-1 空調負荷計算程式也通過以 DOE-2 程式之負荷計算認可程序計算得之最高空調負荷差異在 10 以內
由 RTS-1模擬分析可發現相同之建築設定當氣候資料不同時負荷也不相同台中最大空調負荷比台北約降低了35在高雄則與台北相差無幾
102
空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
在台北台中高雄三地室內溫度設定 24時每上升 1對最大空調負荷皆約有 473的降低作用實在為空調節能應用中最容易控制的因子
103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
在考慮建築美觀及遮陽實用性等情況下當外遮陽長度為 17M 時台北台中高雄三地之最大空調負荷下降之幅度皆少於 3kW 因此選擇 17M 作為外遮陽之有效長度之極限
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空調負荷討論使用 RC 外牆加上花崗石與空氣層之新外殼 U 值由 349
Wm2K 降至 2197 Wm2K 在最大空調負荷方面平均可降低約 551 最大外殼負荷方面平均降低了 1927 節能的效果十分顯著
開窗率的改變對空調最大負荷十分敏感於空調節能的立場而言以低開窗率為佳並儘可能降低建築東西兩面之開窗率
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103
空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
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空調負荷討論研究案例為長寬比 21的建築物順時針依次旋轉 45deg得到的 3 個變因案例得知在台北台中高雄三地皆以旋轉 135deg 之最大空調負荷為最大
旋轉 90deg 之最大空調負荷次之旋轉 45deg 之最大空調負荷排第三因此於空調節能的立場而言長邊以面向南北方位為佳
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