實驗內容

壹 、 整 理 TMY2 資 料

我 國 中 央 空 調 型 建 築 之 節 能 設 計 工 具 ENVLOAD 公 式 乃 由 台 北 市 、 新 竹 市 、 台 中 市 、 花 蓮 市 、 台 南 市 、 台 東 市 與 高 雄 市 地 區 之 長 期 氣 候 資 料 所 歸 納 出 之 外 殼 熱 負 荷 推 算 公 式 ， 並 將 台 灣 初 步 畫 分 為 北 中 南 三 個 氣 候 區（ 圖 3.6），係 因 為 氣 候 區 內 之 氣 候 條 件 較 類 似，故 本 次 ENVLOAD 自 然 通 風 系 數 修 正 挑 選 台 北 、 台 中 與 高 雄 三 個 都 會 區 作 為 各 氣 候 區 代 表 樣 本，先 取 得 台 北、台 中 與 高 雄 等 三 個 城 市 之 TMY2 氣 象 資 料 以 進 行 解 析 。

圖 3. 6台灣地區 ENVLOAD 氣候分區圖 資料來源:建築節約能源設計技術規範

因 為 建 築 節 能 法 令 ENVLOAD 中 將 辦 公 類 建 築 歸 納 為 十 小 時 空 調 耗 能 建 築 物 ， 其 空 調 使 用 時 段 為 周 一 至 周 五 8:00~18:00， 周 日 與 例 假 日 不 使 用 ， 而 統 計 出 建 築 外 殼 顯 熱 負 荷 量 ， 於 是 在 決 定 空 調 可 停 機 日 時 須 參 考 ENVLOAD 所 定 義 之 工 作 時 段 ， 選 取 各 都 市 上 午 八 點 至 下 午 六 點 間 之 乾 球 溫 度 資 料 並 將 其 取 平 均 值 做 為 該 工 作 日 之 平 均 氣 溫 ， 統 整 完 成 之 資 料 見 表 3.9 至 表 3.11； 做 為 挑 選 空 調 停 機 季 節 啟 停 之 基 礎 。

南部氣候區 北部氣候區

中部氣候區

表 3. 9台北工作時段平均氣溫

表 3. 10台中工作時段平均氣溫

表 3. 11高雄工作時段平均氣溫

貳 、 空 調 主 機 停 機 季 節 決 定

取 得 各 都 市 之 工 作 時 段 平 均 氣 溫 後，須 注 意 的 是 雖 然 氣 候 是 隨 季 節 轉 移 且 維 持 周 期 性 變 化 之 趨 勢 ， 不 過 其 變 動 因 子 繁 雜 ， 致 使 天 氣 並 非 穩 定 變 化 的 模 式，下 圖 3.7 截 取 是 台 北 市 TMY2 一 月 一 號 至 一 月 七 號 之 原 始 資 料 做 說 明 ， 此 圖 之 縱 座 標 是 溫 度 ， 橫 坐 標 是 時 間 ， 從 一 月 一 號 凌 晨 (編 為 第 1 個 小 時 )，持 續 到 一 月 七 號 之 晚 上 十 二 時 (編 為 第 168 小 時 )，由 此 圖 可 發 現 連 續 統 計 的 氣 溫 每 天 會 呈 現 出 一 個 周 期 性 起 伏 的 曲 線 圖 ， 每 天 的 最 高 點 約 莫 在 中 午 左 右 ， 到 夜 晚 地 表 面 持 續 散 熱 ， 約 莫 清 晨 日 出 前 是 氣 溫 最 低 的 時 刻 ， 這 就 是 典 型 的 日 氣 溫 變 化 ， 不 過 仔 細 比 對 每 一 天 的 氣 溫 起 伏 狀 況 又 可 以 看 出 每 天 的 變 化 不 盡 相 同 ， 因 此 空 調 主 機 可 停 機 季 節 之 選 定 必 須 提 出 一 套 合 理 邏 輯 ， 由 天 氣 連 續 統 計 資 料 呈 現 某 種 週 期 趨 勢 便 可 稱 為 氣 候 ， 顧 名 思 義 判 定 空 調 主 機 啟 停 季 節 須 經 由 天 氣 資 料 在 某 一 周 期 內 連 續 呈 現 的 趨 勢 來 決 定 。

圖 3. 7台北 TMY2 1/1-1/7 氣溫資料

此 外 中 央 空 調 系 統 主 機 之 自 動 控 制 系 統 也 可 採 日 程 與 季 節 控 制 之 手 法 ， 在 不 同 的 季 節 改 變 供 風 溫 度 或 開 啟 與 停 機 時 間 ， 不 過 因 考 量 一 般 空 調 主 機 系 統 （ 非 VRV 主 機 系 統 ） 的 功 率 ， 須 有 暖 機 的 時 間 ， 且 連 續 運 轉 時 才 能 逐 漸 提 升 功 率 ， 倘 若 空 調 主 機 不 斷 開 關 機 可 能 因 未 完 成

暖 機 之 程 序 ， 非 但 功 率 不 彰 造 成 浪 費 能 源 ， 對 機 械 壽 命 而 言 也 是 一 種 損 害 ， 所 以 空 調 主 機 之 開 啟 與 停 止 必 須 決 定 一 連 續 之 季 節 ， 並 方 便 電 腦 時 程 自 動 控 制 。

本 研 究 提 出 空 調 主 機 啟 動 與 停 止 之 邏 輯 為 設 定 一 周 內 若 有 四 天 之 工 作 時 段 平 均 氣 溫 低 於 設 定 之 停 機 溫 度 時 ， 空 調 主 機 便 可 關 機 ； 反 之 空 調 主 機 之 開 啟 則 是 一 周 內 若 有 四 天 之 工 作 時 段 氣 溫 高 於 設 定 之 停 機 溫 度 時 ， 空 調 主 機 便 開 啟 ； 此 邏 輯 是 以 控 制 室 內 環 境 在 一 周 內 工 作 時 段 平 均 溫 度 高 於 設 定 空 調 主 機 停 機 溫 度 之 機 率 低 於 一 半 ， 即 便 一 周 內 偶 爾 有 一 兩 天 高 於 設 定 空 調 停 機 之 溫 度 ， 人 員 也 可 稍 微 忍 受 室 內 環 境 的 變 化 ， 否 則 連 續 高 於 設 定 之 空 調 停 機 溫 度 將 導 致 室 內 環 境 不 良 而 影 響 人 員 工 作 之 效 率 ， 且 當 氣 候 發 生 連 續 之 改 變 趨 勢 時 便 是 季 節 轉 換 之 徵 兆，以 此 條 件 設 定 並 參 考 在 圖 3.9-11 所 列 出 之 台 北、台 中 和 高 雄 的 工 作 時 段 平 均 氣 溫 整 理 出 空 調 主 機 停 機 與 開 機 日 期 於 表 3.12， 便 可 確 立 空 調 主 機 停 機 季 節 。 其 中 以 表 3.12 中 高 雄 27 度 空 調 主 機 停 機 與 21 度 空 調 主 機 停 機 做 說 明，在 空 調 主 機 設 定 27 度 停 機 時，其 停 機 日 期 秋 冬 春 三 個 季 節，停 機 溫 度 設 定 於 11/13 是 由 工 作 時 段 平 均 氣 溫 在 11/13 之 前 七 天 內 仍 有 超 過 四 天 以 上 之 工 作 日 平 均 氣 溫 高 於 空 調 主 機 停 溫 度

（ 11/6、11/7、11/11/、11/12），但 11/13 之 後 便 只 有 零 星 之 日 子 高 於 空 調 主 機 設 定 之 停 機 溫 度 ， 這 就 顯 示 了 整 體 季 節 性 變 換 ， 秋 季 氣 溫 逐 漸 下 滑 之 情 況，而 空 調 主 機 開 機 日 設 定 在 翌 年 3/20 號，這 是 利 用 TMY2 氣 候 連 續 統 計 出 的 長 期 氣 候 之 週 期 特 性 ， 所 以 翌 年 之 氣 候 變 化 趨 勢 可 以 沿 用 TMY2 天 氣 資 料 ， 在 3/20 開 始 七 天 內 有 四 天 氣 溫 高 出 空 調 主 機 停 機 溫 度（ 3/20、3/21、3/22、3/24），表 示 春 季 之 天 氣 正 逐 漸 趨 熱 ， 而 氣 溫 高 於 空 調 停 機 溫 度 27 度 已 為 常 態，這 就 是 高 雄 空 調 主 機 停 機 溫 度 設 定 於 27 度 之 停 機 季 節 決 定 邏 輯，其 他 地 區 與 不 同 地 空 調 停 機 溫 度 判 別 也 可 依 此 邏 輯 推 斷 之 。

另 外 將 表 3.12 各 地 空 調 可 停 機 日 數 繪 製 成 圖 3.8 之 折 線 圖 後 可 清 楚 比 對 台 北 、 台 中 與 高 雄 三 個 地 區 在 各 種 空 調 停 機 溫 度 下 空 調 可 停 機

日 數 ， 符 合 北 部 最 多 ， 中 部 次 之 而 南 部 最 少 之 趨 勢 ， 因 此 本 研 究 提 出 之 空 調 停 機 季 節 選 定 是 符 合 氣 候 資 料 邏 輯 的 。

表 3. 12台北、台中、高雄空調停機溫度可停機天數表

台北 台中 高雄

空 調 主 機

停 機 溫 度 ^{空 調 開}

啟 日

空 調 停 機 日

可 停 機 日 數

空 調 開 啟 日

空 調 停 機 日

可 停 機 日 數

空 調 開 啟 日

空 調 停 機 日

可 停 機 日 數

27℃ 停 機 4/27 10/16 193 3/25 11/1 144 3/20 11/15 125 26℃ 停 機 4/27 10/16 193 3/25 12/7 108 3/14 11/28 106 25℃ 停 機 3/26 11/1 145 3/25 12/8 107 2/22 12/18 66 24℃ 停 機 2/26 11/1 117 3/19 1/13 96 1/22 12/21 32 23℃ 停 機 2/25 12/12 75 2/19 1/13 37 1/2 12/21 12 22℃ 停 機 2/22 1/13 40 2/19 1/13 37 12/21 12/30 10 21℃ 停 機 2/22 1/13 40 2/5 1/14 22 12/21 12/30 10

圖 3. 8台北、台中、高雄空調停機溫度可停機天數折線圖

參 、 建 立 e-QUEST 模 型

一 般 而 言 細 長 型 的 建 築 物，因 為 外 周 區 較 大 而 導 致 ENVLOAD 係 數 相 對 地 也 會 提 升 ， 不 過 反 觀 當 空 調 主 機 停 機 之 後 採 取 自 然 通 風 換 氣 時 ， 外 周 區 比 係 數（ 外 周 區 面 積 /總 樓 板 面 積 ）較 大 之 建 築 物，意 味 可 以 採 用 自 然 通 風 而 省 能 的 比 例 也 相 對 提 升 ， 其 通 風 耗 能 比 例 可 以 透 過 空 調 耗 能 動 態 解 析 軟 體 比 較 停 機 前 後 耗 能 比 例 的 變 化 得 知 ， 只 不 過 當 外 周 區 面 對 不 同 座 向 的 時 候 日 射 取 得 量 也 不 同 ， 就 可 能 產 生 的 停 機 前 後 耗 能 比 例 產 生 出 入 ， 所 以 為 了 謹 慎 評 估 建 築 物 軸 向 改 變 時 外 殼 熱 負 荷 也 可 能 產 生 的 變 化，於 是 本 實 驗 假 設 以 五 種 變 化 之 建 築 模 型（ 表 3.13），

分 別 是 南 北 長 比 東 西 長 由 3:1 到 南 北 長 比 東 西 長 1:3 之 建 築 物 ， 試 圖 比 較 軸 向 不 同 之 建 築 物 停 機 前 後 外 周 區 顯 熱 負 荷 耗 能 比 例 是 否 有 影 響 ， 其 中 無 論 如 何 短 邊 一 定 有 20 公 尺 以 上 是 假 設 外 周 區 兩 側 各 五 米 時 ， 一 定 會 內 周 區 產 生 ， 此 乃 是 嘗 試 製 造 空 調 內 周 區 ， 讓 模 型 更 能 夠 真 實 模 擬 內 外 周 區 熱 能 傳 導 之 情 境 。

表 3. 13模擬模型操縱變數比較 軸向比

（ 南 北 長 /東 西 長 ）

3:1 2:1 1:1 1:2 1:3

圖示

南北長 60m 40m 20m 20m 20m

東西長 20m 20m 20m 40m 60m

面積 1200 ㎡ 800 ㎡ 400 ㎡ 800 ㎡ 1200 ㎡ 外周區比

(外 周 區 /總 樓 板 面 積 )

0.58 0.625 0.75 0.625 0.58

肆 、 建 築 因 子 基 本 設 定

建 築 構 造 為 十 層 樓 之 鋼 筋 混 泥 土 造 建 築 ， 層 高 4 米 ， 總 樓 高 共 40

人員密度 0.1(人/m²)

顯熱 = 56 [Kcal/(hr‧人)]

潛熱 = 46 [Kcal/(hr‧人)] 作業面照明 無

人 照明 設備

設備密度 8(W/m²) 人員發散熱

照明密度 15(W/m²)

米 ， 外 殼 因 子 參 照 建 築 技 術 規 則 之 基 準 設 屋 頂 U 值 為 1.2 w/(m²‧ K)，

外 牆 U 值 為 3.49 w/(m²‧ K)， 內 部 無 天 花 板 ， 外 周 區 深 度 為 5m， 開 口 率 30%(開 口 率 的 定 義 為 建 築 物 外 殼 開 口 面 積 與 建 築 外 殼 總 面 積 (含 開 口 )之 比 例 )， 並 可 全 面 開 窗 帶 狀 開 窗 ， 開 口 外 不 採 遮 陽 措 施 。 另 外 清 玻 璃 之 U 值 為 6.07 w/(m²‧ K)， 玻 璃 之 日 設 透 過 率 η i 值 為 0.88 約 為 遮 蔽 係 數 〈 Shading Coefficent〉 值 的 0.88 倍 ，

伍 、 室 內 發 散 熱 假 設

考 慮 室 內 發 散 熱 來 源 ， 可 大 致 將 其 分 成 三 大 項 ： 人 員 、 照 明 、 機 械 設 備 之 發 散 熱 。 需 要 假 定 之 項 目 分 別 為 人 員 密 度 、 人 體 顯 熱 及 潛 熱 發 散 熱 ； 照 明 密 度 與 設 備 密 度 ， 依 不 同 建 築 類 型 而 有 不 同 之 發 散 熱 假 定 。 但 其 中 人 體 發 散 熱 部 分 在 以 往 國 內 文 獻 與 「 建 築 節 約 能 源 設 計 技 術 規 範 」 中 並 無 記 載 ， 故 參 考 「 空 気 調 和 ハ ソ ド ブ ツ ク 」 中 建 議 之 合 理 值 設 定 之 ， 其 詳 細 假 定 值 如 下 所 述 ：

表 3. 14室內發散熱假定

陸 、 建 築 使 用 行 為 假 設 1. 人 員 使 用 時 程

因 本 研 究 模 擬 建 築 類 型 為 辦 公 使 用 ， 故 室 內 人 員 使 用 狀 況 係 依 勞 動 基 準 法 中 ， 關 於 勞 工 工 作 時 數 之 相 關 規 定 ： (1) 勞 工 工 作 總 時 數 兩 週 不 得 超 過 48 小 時 〈 勞 動 基 準 法 第 四 章 第 30 條 〉； (2) 若 有 加 班 行 為 ， 以 一 個 月 不 得 超 過 46 小 時 原 則 訂 定 之 〈 勞 動 基 準 法 第 四 章 第 32 條 〉。

2. 照 明 使 用 時 程

辦 公 室 中 ， 有 人 員 使 用 時 便 有 照 明 行 為 產 生 ， 故 照 明 時 程 應 與 人

1 1 1 1

0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05

0.5

4. 國 定 假 日 假 設

因 模 擬 建 築 屬 辦 公 使 用 ， 故 休 假 日 係 參 考 中 華 民 國 公 務 人 員 休 假 原 則 。 依 「 公 務 人 員 週 休 二 日 實 施 辦 法 」 第 三 條 說 明 ， 下 列 紀 念 日 及 民 俗 節 日 ， 除 春 節 放 假 三 日 外 ， 其 餘 均 放 假 一 日 ：

1. 紀 念 日 ：

(1) 中 華 民 國 開 國 紀 念 日 〈 一 月 一 日 〉 。 (2) 和 平 紀 念 日 〈 二 月 二 十 八 日 〉 。 (3) 國 慶 日 〈 十 月 十 日 〉 。

2. 民 俗 節 日 ：

(1) 春 節 〈 農 曆 一 月 一 日 至 一 月 三 日 〉 。 (2) 民 族 掃 墓 節 〈 定 於 清 明 日 〉 。

(3) 端 午 節 〈 農 曆 五 月 五 日 〉 。 (4) 中 秋 節 〈 農 曆 八 月 十 五 日 〉 。 (5) 農 曆 除 夕 〈 農 曆 十 二 月 之 末 日 〉 。

放 假 之 紀 念 日 及 民 俗 節 日，逢 星 期 六、星 期 日，均 不 予 補 假 。 但 春 節 及 農 曆 除 夕 不 在 此 限 。 除 週 休 二 日 外 之 休 假 日 主 要 依 上 述 法 條 假 定 ， 但 休 假 日 與 週 休 二 日 衝 突 之 天 數 年 年 相 異 ， 根 據 中 華 民 國 政 府 行 政 機 關 辦 公 日 曆 表，近 三 年〈 93 年、94 年、95 年 〉除 週 休 二 日 外 之 休 假 日 均 在 8~9 日 ， 彼 此 相 去 不 遠 ， 考 慮 各 季 放 假 日 平 均 分 配 原 則 ， 本 研 究 選 定 民 國 93 年 政 府 行 政 機 關 辦 公 日 曆 表，擇 其 休 假 日 為 模 擬 之 假 日 設 定 。

5. 空 調 系 統 基 本 假 定

空 調 方 式 可 大 致 分 為 中 央 空 調 方 式 與 個 別 空 調 方 式 ， 其 中 中 央 空 調 方 式 又 可 分 為 全 氣 式 、 水 氣 並 用 方 式 以 及 全 水 式 三 種 。 本 研 究 所 討 論 者 為 使 用 中 央 空 調 方 式 之 辦 公 型 建 築 。 此 外 ， 由 於 「 定 風 量 單 風 管

空 調 方 式 可 大 致 分 為 中 央 空 調 方 式 與 個 別 空 調 方 式 ， 其 中 中 央 空 調 方 式 又 可 分 為 全 氣 式 、 水 氣 並 用 方 式 以 及 全 水 式 三 種 。 本 研 究 所 討 論 者 為 使 用 中 央 空 調 方 式 之 辦 公 型 建 築 。 此 外 ， 由 於 「 定 風 量 單 風 管