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空調負荷計算理論 及降低空調負荷

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. 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 ). 熱得分為對流與輻射. 定義 對流 — 瞬間造成溫濕度上升 輻射 — 熱儲存後再對流釋熱. 對流熱成 瞬間熱負荷. 空調機 移除熱. 瞬間熱得. 儲存於建構 及室內物品. 如照明空調負荷 -- 部份為輻射熱得. 如繼續開燈 空調負荷. 儲存熱. 關燈後之 空調負荷. 空調負荷. RTS 法解析.

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空調負荷計算理論 及降低空調負荷

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  1. 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

  2. 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)

  3. 熱得分為對流與輻射 定義 對流—瞬間造成溫濕度上升 輻射—熱儲存後再對流釋熱 對流熱成 瞬間熱負荷 空調機 移除熱 瞬間熱得 儲存於建構 及室內物品

  4. 如照明空調負荷--部份為輻射熱得 如繼續開燈 空調負荷 儲存熱 關燈後之 空調負荷 空調負荷

  5. RTS法解析

  6. 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。 6

  7. RTS的計算流程 計算各外殼表面逐時的太陽輻射強度 計算逐時的 窗戶輻射熱得 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 計算各外殼表面逐時日氣溫度 計算逐時的 窗戶傳導熱得 Σ= 總熱得 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 將各項輻射熱得用RTS法計算後加總 計算逐時的 外氣負荷 7

  8. 外殼表面逐時的太陽輻射強度 計算每面建築外殼，包括屋頂外牆與開窗逐時之 Gt = GD + Gd

  9. 計算各外殼表面逐時日氣溫度 • 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 9

  10. 計算各外殼表面逐時日氣溫度 • 故日氣溫度可推導為 對流係數 外氣 溫度 輻射吸收率 對大氣散熱 之修正 水平取3.9C 垂壁取0C

  11. 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。 11

  12. 牆與屋頂PRF週期反應係數 選擇最接近的的R值作為選擇所需的週期反應係數

  13. 選擇所需的週期反應係數 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(W/m2C)來做判定，牆與屋頂R值的類型如下： 牆1 R=3.18屋頂1 R=0.94 牆2 R=1.13 屋頂2 R=4.11 牆3 R=4.36 屋頂3 R=1.5

  14. 內部負荷 • 燈及設備部份依實際狀況計算 • 人員部份參考如下

  15. 各種熱得輻射與對流之建議比例

  16. 外氣負荷

  17. 逐時熱得公式如下 開窗輻射 (Solar Heat Gain Coefficient of the frame)是框架太陽熱得係數

  18. 框架U值

  19. 框架表面太陽吸收率

  20. 太陽熱得係數( ， )

  21. 窗戶玻璃遮陽計算 SHGC = 0.87 x SC(shading coefficient, 遮蔽係數) 因SHGC已考慮玻璃透熱率 遮陰SW, SH 水平遮陽PH 窗寬高 WH 垂直遮陽PV 21

  22. 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。 22

  23. 四種典型房間的輻射時間係數

  24. 輻射時間係數選擇 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

  25. 總對流逐時熱得 對流熱得 = 熱負荷

  26. 日氣溫度計算案例

  27. 外牆例子 R(Fft2hr/Btu)/5.678=R(m2C/W)

  28. 屋頂例子 R(Fft2hr/Btu)/5.678=R(m2C/W)

  29. 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3.5%；在高雄則與台北相差無幾。

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