第四章 空調系統耗能預測與 CO 2 排放量解析
第四節 空調最大設備量簡算法之建立
由於空調系統之全年耗能量，除了機械效率(如冷凍主機 COP)之外，以冷凍 主機之耗能約佔整體空調系統耗能量的六成為最。其中影響冷凍主機耗能最大的 是主機於全年之中的部分負載特性此與冷凍主機選用大小至為相關。一般而言，
長期處於低部分負載下的冷凍主機其耗能效率顯然比在高負載運轉狀態下高出 甚多，如圖4-6 所示。然而，如何選用適量合理的冷凍主機大小是一連串科學化 的熱負荷計算過程，配合詳細描述之建築設計因子，其結果才不至於差之千里。
也因此如要準確預估一棟建築之冷凍主機之容量如非藉由空調專業人士之幫忙 難能準確預估。這也使得整個空調耗能的推估過程以及將來的空調節能效益評估 更加坎坷，不易普及應用。有鑑於此，本節擬透過DOE-2 之精密計算空調耗能，
嘗試以發展空調最大設備容量之簡易預估方法，將繁複之熱負荷計算過程與以簡 化，以方便建築從業者應用。
在ENVLOAD 指標已成為我國建築外殼節能法令之際，大多新建辦公建築 都必須計算通過建築外殼耗能指標ENVLOAD，在此原因之下倘若能善加利用已 經過計算的ENVLOAD，將可省下大量的建築外殼熱負荷取得因子之計算，亦相 對的節省下許多時間。
圖 4-6 各種熱源機器之性能曲線
建築生命週期 CO2排放量評估之研究
Total Cooling Loads
Perimeter zone Internal zone
Sensible ENVLOAD only
accounts for sensible cooling loads in
the perimeter zones.
Total Cooling Loads
Perimeter zone Internal zone
Sensible ENVLOAD only
accounts for sensible cooling loads in
the perimeter zones.
圖 4-7 ENVLOAD 計算之涵蓋範圍圖
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圖 4-8 外周區係數對建築形狀之影響
二、
實驗設計為求有效降低模擬次數同時又能有效探討因子之影響性，本研究採用田口 實驗計畫法來進行各因子間配置之組合規劃。實驗計畫法為一種高效率的實驗 法，其目的是希望以最少的實驗次數、最低的實驗成本來獲取最多的實驗情報 量，且透過適當的實驗計畫配置可使實驗結果之推求過程嚴謹化。本研究採用田 口實驗計畫法中之三水準直交表(L81)，一組的實驗包括 81 次的模擬，如此可減 少龐大之工作量又可兼具模擬樣本之代表性。在進行實驗計畫之前，首要之務是 確立模擬之標準建築模型，透過田口實驗計畫法中模擬因子間不同水準之組合變 化來改變標準建築樣本之參數以進行模擬樣本之生成。
三、
標準模擬樣本之敘述本文研究之主體為辦公建築，其標準辦公建築之平面假設如下圖4-9，以矩 形之建築物平面來進行空調耗能模擬計算。其餘所有模擬樣本皆參考這個標準建 築配合實驗計畫法直交表中之各因子與水準之配置修改因子之參數後建立。模擬 建築樣本之空調系統區劃方法，考量外周區受外界氣候影響甚劇而內部區熱負荷 變動較為穩定，其空調分區採內部區系統與外周區系統，此外周區之定義沿用建 築節約能源設計技術規範之定義為外牆中心線起算向內5m 深度內之區域。如圖 4-9 中之區域。
建築生命週期 CO2排放量評估之研究 --辦公建築使用階段 CO2排放量解析
圖 4-9 標準模擬建築之平面假設
此外於氣候分區方面，配合法規ENVLOAD 依建築物所在地理位置而區分 合格基準，將台灣依緯度分成北中南三種氣候區，每一氣候區以直交表搭配不同 之氣象資料進行模擬實驗，並分區建立最大設備量之預測式。用於改變標準模型 所採用之因子多達 12 種，各因子間之模擬水準如表 4-3 所示。所選用之因子可 區分為二群，一為代表建築外殼設計良窳之外殼設計因子，敘述如下：1.建築平 面長邊之面向方位；2.代表建築長短邊比例之形狀係數；3.開口部之隔熱性能以 玻璃之熱傳透率之U 值表示，從 3.25 到 6.16 一共三個水準分別代表 16mm 雙層 玻璃、19mm 單層玻璃與 6mm 清玻璃；4.外牆之隔熱性能 U 值之三水準等級分 別代表RC 預鑄版牆、石材帷幕牆與 20cmRC 外牆；5.平均開口率；6.開口部外 遮陽深度；室內發散熱因子方面以人員密度、室內照明各假定三種不同之水準進 行模擬。另一群為影響室內發熱源之因子，計有人員密度、照明密度、設備密度 與新鮮外氣引入量等4 種因子。
上述這些因子經直交表L81 之套用(如圖 4-10)後，一共生成 81 組相異之建 築樣本(整個模擬實驗之樣本如表 4-4 與表 4-5 所示)，以 DOE-2 模擬每一建築樣 本的最大空調設備量。為了模擬空調之最大設備量，本研究採用台灣北、中、南 三區之空調設計用氣象資料作為模擬之外界氣候條件。北中南三區之乾球與濕求 球溫度資料敘述如下表4-6。
Zone 1
Zone 2
<16m
(a) (b)
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建築生命週期 CO2排放量評估之研究
63 密度；FA=標準層樓地板面積；Glass U.=玻璃構造 U 值；OA Rate=新鮮外氣引入量；Wall U.=
外牆構造 U 值；FloorN=建築地面以上樓層數；LTD=照明設計密度；OH=水平外遮陽深度；EQD=事 務設備用電密度；SF=冷凍主機安全係數；CT=室內空調設定溫度。
表 4-3 實驗計畫中樣本生成所使用之參數因子及其水準一覽表
1&14 2&23 3&32 4 6&21 7
方位 形狀係數 平均開口率 人員密度 標準層樓地板面積 玻璃隔熱性能
建築生命週期 CO2排放量評估之研究