R

國立中山大學機械與機電工程研究所

碩士論文

變冷媒量 (VRV) 空調系統於日常節能指標EAC應用之研究

Analysis on EAC Application of VRV air-conditioning Systems

研究生蘇 倫 撰

指導教授楊冠雄 博士

中華民國 九十五 年 六 月

誌 謝

回想當初兩年前的我帶著一顆懵懂的心來到了中山大學那

時的自己對未來還沒有什麼信心不曉得能夠憑何本事與他人競

爭而這兩年的求學生涯在我的恩師 楊冠雄教授的帶領下著實

學到了不少人生大道理與學業上的專業知識每每在課業上有了疑

問在經過與老師的討論之後心中的問號即會一一消失在進行實

驗的過程中老師亦會指導ldquo凡事皆要細心切勿因為一時的粗心大

意而導致整體的實驗無法進行或實驗結果有所誤差經過了兩年的

陶冶我也有所成長了非常感謝老師在這兩年間不吝惜的指教及包

容我生活上的小缺點

再者我要非常感謝我的家人及研究室的所有成員家人在各方

面皆給予我支持使我在致力於學業之際全無後顧之憂而研究室

的葉琮勤學長及陳文洲學長在我遇到課業上或生活上的疑問時皆

給予我適切的幫助使我受益匪淺在此獻上誠摯的謝意其次是己

經畢業的蘇崇輝學長及王佑萱學長於實驗有疑慮時給予我適切的

指導我由衷的感謝最後是與我同屆的同學偉碩立德慶麟

佑民志榮與學弟建成振綱及昭穎在這兩年裡大家一起生活

一起研究一起吃喝玩樂一起為球賽加油打氣一起在籃球場上奔

馳一起分享生活的點點滴滴經過了這段時間的相處相信在未來

的日子裡都會變成我細細回味在中山大學曾經擁有的珍貴回憶

目錄

目錄 I

圖目錄III

表目錄V

摘要VII

ABSTRACT IX

第一章 緒論10

1-1 緣起與目的 10

1-2 研究方法與步驟 11

1-3 文獻回顧 17

第二章 研究方法 18

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算 18

2-2 VRV系統設備量的選定 24

2-3 VRV空調系統的耗電量計算 28

2-4 EAC對VRV系統的修正 32

第三章 VRV節能效果實驗印證 34

3-1 VRV系統特性曲線之建立 34

3-2 VRV系統性能實測 42

3-3 實驗結果分析 45

I

第四章 結果與討論 49

4-1 模擬辦公類建築之選定 49

4-2 主機容量效率的檢討 55

4-3 主機超量設計與耗電量分析 60

4-4 特殊節能效果α4參數分析62

4-5 EAC公式的加權配比分析 66

第五章 VRV系統之EAC評估方式與範例計算 68

5-1 VRV空調系統節能評估方法 68

5-2 公式應用於實際案例 72

第六章 結論82

II

圖目錄

圖 1-1 研究流程 14

圖 2-1 VRV系統的選機流程 18

圖 2-2 VRV系統全年耗電計算流程圖 31

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重 32

圖 3-1 A機型之冷氣能力修正函數(f1)圖 34

圖 3-2 A機型之相對於EWBODB耗電修正函數(f2)圖35

圖 3-3 A機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖 35

圖 3-4 B機型之冷氣能力修正函數(f1)圖 37

圖 3-5 B機型之相對於EWBODB耗電修正函數(f2)圖38

圖 3-6 B機型之耗電相對於負載率之修正函數圖 38

圖 3-7 C機型之冷氣能力修正函數(f1)圖 39

圖 3-8 C機型之相對於EWBODB耗電修正函數(f2)圖40

圖 3-9 C機型之耗電相對於負載率之修正函數 40

圖 3-10 本實驗VRV系統現場設置情形 43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置 44

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析44

圖 3-13 室外溫度 27的PI及PLF曲線圖 45

圖 3-14 室外溫度 29的PI及PLF曲線圖 46

III

圖 3-15 室外溫度 31的PI及PLF曲線圖 46

圖 3-16 室外溫度 33的PI及PLF曲線圖 47

圖 3-17 室外溫度 35的PI及PLF曲線圖 47

圖 3-18 室外溫度 27至 35的PI及PLF的綜合比較圖 48

圖 4-1 模擬之辦公建築平面 50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況 51

圖 4-3 水平遮陽tanφ的定義 52

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的ACsc的比較圖 55

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之ACsc結果 57

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係 61

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係 65

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖67

IV

表目錄

表 2-1 冷房負荷的構成與代號 19

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB之冷氣能力選擇機表25

表 2-3 室外機選機表 26

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數 27

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB之冷氣能力與耗電量27

表 3-1 A機型性能函數的各項係數 36

表 3-2 B機型性能函數的各項係數 39

表 3-3 C機型各係數數據資料 41

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki 52

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值 52

表 4-3 模擬外殼變數與ENVLOAD值53

表 4-4 室內負荷設定 54

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料 56

表 4-6 PEAK公式回歸係數59

表 4-7 PEAK公式迴歸係數59

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果 63

表 4-9 負載的加權係數比重 65

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci 70

V

表 5-2 PEAK公式迴歸係數abc 70

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明 72

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明 72

表 5-5 照明空面積設計表 73

表 5-6 照明設備數量表 73

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

77

表 5-8 ABC機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量

(kW) 79

VI

摘要

關鍵字變冷媒空調系統空調耗能評估指標總部份負載效率

熱源節能效率α4

變冷媒VRV空調系統在空調分類上雖不屬於中央空調型但其

多聯式系統與智慧型控制系統功能與傳統的中央空調系統幾乎無差

別若使用原先之中央空調系統評估方式評定VRV系統可能造成不適

用是故有修正EAC公式以符合實際情況之需要

VRV 空調系統是組合式主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數經研究發現於主機超量設計後一般之定頻系統的耗電量

會有隨之些微上升的趨勢不過並非是倍數的關係而於 VRV 系統

主機超量設計前後之耗電量是差不多的對於分離式系統而言EAC

並非隨 HSC 成比例增加

主機側節能效率值α4能由實際不同空調系統節能效率之優劣決

定不應是直接認定其α4值為 02本研究藉由空調系統之總部份負

載效率IPLV與主機效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系

統α4值

由於VRV系統無冰水泵逕行採用送水系統之節能α12=02 將有失

此系統之無冰水泵的特性也可能導致EAC評估相當程度之誤差根

據本研究分析空調系統室內機與室外機之耗電量得知室外機與室內

機各佔全系統耗電量之 90與 10故重新修正無冰水的分離式或

VRV系統項目的加權比重為 90送風機加權比重應為 10

VII

根據研究結果本研究建立的 VRV 空調系統節能效率 EAC 的評估

方式透過運用本研究建立的評估方式下即使是使用優良之 VRV

系統也難以通過評估但是運用本研究所建立之評估方式則可以突顯

優良系統的節能效率也可以將較差的系統分辨出來而使其 EAC

評估不過關對於要逃避而使用定頻系統之案件也能再嚴格把關

VIII

ABSTRACT

Keywords VRV EAC IPLV energy saving factor α4

In Green Building Evaluation Indexes the EAC has been adapted as

the central HVAC system energy consumption criteria has been assigned

an energy saving factorα4 of 02 despite of the actual power consumption

variations existed among various system

In this study the PILV values of specific VRV systems were utilized

so that actual energy-saving factor α4 can be evaluated Furthermore

being lack of the chilled water distribution system the weighting of

power consumption percentages of a VRV system has also been changed

into 09 vs 01 for the outdoor and indoor units respectively

The methodology established in this study has been justified by suing

the actual VRV projects under commercial operations which can

successfully discriminate different energy efficiencies among various

systems

IX

第一章 緒論

1-1 緣起與目的

變冷媒 VRV（Variable Refrigerant Volume）流量空調系統之應用

於近年來以大量普及化由於兼顧節能模組化低噪音及良好的

熱舒適等優點於中小型建築及住宅等家用空調之市場佔有率急遽攀

升之趨勢據估計於近十年內將取代一般窗型冷氣機而成為市場之

主流其功能與傳統的中央空調系統幾乎無差別而 VRV 空調主機

省能之原理即是在冷氣運轉的過程中當溫度達設定值plusmn1 度時壓

縮機就會自動調整頻率(變頻)讓它在較低負載的狀況下運作而不是

完全的停止主機運作而定頻冷氣機是在達溫度設定後會停止壓縮機

運作雖然停止比運作省電不過馬達或是壓縮機在停止而再次啟動

的時候其啟動的瞬間是最耗電的所以利用這原理讓變頻式冷氣機

的設計加入冷氣壓縮機運作便可達到大幅節省能源的功效目前我

們所知道市面上的冷氣其省電效果DC 直流變頻gtAC 直流變頻gt

定頻主要是因為馬達磁控式的設計是透過電流或功率調整可以改

變轉速(也就是頻率不同)

變頻空調冷氣機有著1夜間通常有溫差變頻的持溫效果較好

2 不會有壓縮機突然啟動的大噪音3節省電源顧可節省支出傳

統之中央空調系統節能方式皆於「冰水側」或 「空氣側」進行冰水

量或空氣量之變更即為 VWV 或 VAV 系統而 VRV 系統則直接經

由變頻器來改變冷媒流量形成獨特的「主機側」之空調節能技術

具備良好的耗能節約之潛力然而此方向之實際節省效果尚缺乏詳

細之數量化評估另一方面由於 VRV 一般採用氣冷式主機其運

轉性能與當地本土之氣候有顯著相關

10

1-2 研究方法與步驟

由綠建築解說與評估手冊可知對於法定中央空調型建築物的

EAC 評估方法是採用 HDC(熱源容量密度及 COP 法 Heat Source

Capacity Density amp COP Method)來規範即是以 1防止主機超量設

計 2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術三項因子之加權評估法

來進行其所建立的合格判斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (1-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (1-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (1-3)

其中

HSC主機容量效率

ACs空調主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc空調主機最大供應面積(m2USRT)

Sf 備載容量安全係數取 08

γ該空調系統分區之外周區係數

ENVLOAD辦公建築物外殼耗能量[Wh m2-flyear]

Ai空調區窗面部位面積[m2]

Ki開窗之外遮陽係數

ηi 玻璃日射透過率

IHkii窗面部位當在地k方位外殼之冷房日射時[Wh m2-flyear]

Aen建築外殼總面積[m2]

a0常數(m2RT)

a1a2迴歸係數

11

ab迴歸係數常數

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (1-4)

Rs =10 －Σ(αj times rj) (1-5)

Rf =10 － α10 times r10 (1-6)

Rp =10 －Σ(αj times rj) (1-7)

Rm =10－Σβk (1-8)

其中

HSC主機容量效率

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準

Rs熱源節能效率

Rp送冰水系統節能效率

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

α11～α12 =空調節能技術效率標準

β1~β14 =其他總系統節能技術效率標準

r1~r12 =空調節能技術採用率

根據綠建築評估手冊有關VRV空調系統的特殊節能係數有(1)

變冷媒VRV熱源α4=02(2)變冷媒量VRV系統因無送水泵故以熱源

與送水系統之節能α12=02 視之所以根據以上所訂定之係數所計算

出的熱源節能效率Rs值與送(冰)水節能效率Rp值如下

12

熱源節能效率Rs = 10－Σ(α4 times rj)=10－02=08

送(冰)水節能效率Rp=10 －Σ(α12 times rj)=10－02=08

一般VRV的室內機會搭配自動分段變速送風所以α10=04

送風節能效率Rf =10－Σ(α10timesrj)=10－04=06

因此對於採用COPc=COPp的VRV系統而言EAC公式可以進一步

簡化為

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (1-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設

研究之進行採取理論分析與實驗印證並重並行之方式其研究流

程如圖 1-1 所示主要工作內容如下所述

13

研究開始

1VRV 變頻式空調與傳統式定頻

空調之節約能原理比對分析

2建立適用於 VRV 系統於綠建築日常

節能指標 EAC 應用上之計算公式

3VRV系統部份負載曲線之建

立與全尺度實驗印證

4經實驗模式修正之 EAC 計

算式之建立

研究完成

5新 EAC 計算式應用於綠建築

日常節能指標 VRV 系統之一

般市面上冷氣適用與否

圖 1-1 研究流程

14

(1)VRV 變頻式空調與傳統式定頻空調之節約能源原理比對分析

目前我國 VRV 空調之發展主流以日系及韓系產品系列為大

宗其主要節能技術之設計理念為於空調負載狀態下經由冷媒壓縮

機變頻降載而達到節約能源之目標

(2)建立適用於 VRV 系統於綠建築日常節能指標 EAC 應用上之計算

公式

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分列為空調主機(壓縮機)冰水

泵及風機且各配以 6020及 20之權重然而對於 VRV 系

統而言冰水泵並不存在因此整個 EAC 計算之原始配比已失真

所採用之變頻技術亦因廠商而異其後續之計算結果便很難顯現出其

差異性更遑論原始計算式一致性的以常數認定誤差更大原計算

式在早期 VRV 單機變頻與傳統式單機定頻空調之比對上有其環境

與時空背景上之存在意義與貢獻目前市場上已隨著 VRV 系統愈發

中型化與多機化此計算式也適逢修正之良機

本項工作將藉由 DOE21 程式進行大量系統化之電腦模擬以經

由曲線趨合(Curve-fitting)做為於綠建築日常節能指標運用及相關審

查工作上之重要工具

(3)VRV 系統部份負載曲線之建立與全尺度實驗印證

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀況

下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之主要

設計與研發之市場競爭力所在

15

本項工作將藉由選取正商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為我國本在氣象條件下之實際運轉數據深

具參考價值

(4)經實驗模式修正之 EAC 計算式之建立

上述第(2)項工作項目中雖已經由 DOE21 電腦模擬而建立了適

用於 VRV 系統之 EAC 初步計算式然而其精確度仍牽動於所輸入之

壓縮機運轉耗電曲線之基本假設值

今經由第(3)項工作項目建立了實際全尺度實驗之運轉數據可

再行重新輸入於 DOE21 程式中以進行疊代(Iteration)修正而獲致

極高之準確度且此計算式之核心項目將為源自於本土氣象條件下

之全尺度實驗數據而來形成高精確度之實驗模式(Experimental

Model)於實際工程應用上更可靠

(5)新 EAC 計算式應用於綠建築日常節能指標 VRV 系統送審案件之

適配性分析

此項工作主要在將新建立之EAC公式實際嘗試從用於相關VRV

系統送審件中進行試用並且詳細評估其適配性是否可較精細的區

分出 VRV 系統之節能效益並進一步進行必要之修改直至完成 EAC

計算式

16

1-3 文獻回顧

由於台灣之地理位置為偏處於東南亞熱帶與亞熱帶交界處的地

方但 VRV 空調系統之技術乃是由日本與韓國等先進國家引進日

本與韓國處於較高緯度之地段VRV 空調系統在台灣的性能及評估

方式勢必會因天氣及氣候等因素而有所不同故本文將以此為出發

點以台灣本土之溼熱海島型的環境對 VRV 空調系統做一系列之

測試並將原本適用於定頻系統之評估方式測試其是否適用於變頻

冷媒系統之主機

目前國內與國外已有為數不少的人專注於 VRV 空調系統的研

究如中國大陸清華大學建築技術科學系的邵雙全石文星彥啟森

等人都已做了許多文獻而國內則是有林憲德教授及楊冠雄教授

進行一連串的建築外殼節能與綠建築空調節能等的研究本文將參考

內政部建築研究所ldquo綠建築解說與評估手冊rdquo進行一般市面上的定頻

空調系統與變頻空調系統之間的性能比對並針對變頻空調系統建立

評估公式

17

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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2003

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學機械工程研究所博士論文民國 84 年

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驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

誌 謝

回想當初兩年前的我帶著一顆懵懂的心來到了中山大學那

時的自己對未來還沒有什麼信心不曉得能夠憑何本事與他人競

爭而這兩年的求學生涯在我的恩師 楊冠雄教授的帶領下著實

學到了不少人生大道理與學業上的專業知識每每在課業上有了疑

問在經過與老師的討論之後心中的問號即會一一消失在進行實

驗的過程中老師亦會指導ldquo凡事皆要細心切勿因為一時的粗心大

意而導致整體的實驗無法進行或實驗結果有所誤差經過了兩年的

陶冶我也有所成長了非常感謝老師在這兩年間不吝惜的指教及包

容我生活上的小缺點

再者我要非常感謝我的家人及研究室的所有成員家人在各方

面皆給予我支持使我在致力於學業之際全無後顧之憂而研究室

的葉琮勤學長及陳文洲學長在我遇到課業上或生活上的疑問時皆

給予我適切的幫助使我受益匪淺在此獻上誠摯的謝意其次是己

經畢業的蘇崇輝學長及王佑萱學長於實驗有疑慮時給予我適切的

指導我由衷的感謝最後是與我同屆的同學偉碩立德慶麟

佑民志榮與學弟建成振綱及昭穎在這兩年裡大家一起生活

一起研究一起吃喝玩樂一起為球賽加油打氣一起在籃球場上奔

馳一起分享生活的點點滴滴經過了這段時間的相處相信在未來

的日子裡都會變成我細細回味在中山大學曾經擁有的珍貴回憶

目錄

目錄 I

圖目錄III

表目錄V

摘要VII

ABSTRACT IX

第一章 緒論10

1-1 緣起與目的 10

1-2 研究方法與步驟 11

1-3 文獻回顧 17

第二章 研究方法 18

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算 18

2-2 VRV系統設備量的選定 24

2-3 VRV空調系統的耗電量計算 28

2-4 EAC對VRV系統的修正 32

第三章 VRV節能效果實驗印證 34

3-1 VRV系統特性曲線之建立 34

3-2 VRV系統性能實測 42

3-3 實驗結果分析 45

I

第四章 結果與討論 49

4-1 模擬辦公類建築之選定 49

4-2 主機容量效率的檢討 55

4-3 主機超量設計與耗電量分析 60

4-4 特殊節能效果α4參數分析62

4-5 EAC公式的加權配比分析 66

第五章 VRV系統之EAC評估方式與範例計算 68

5-1 VRV空調系統節能評估方法 68

5-2 公式應用於實際案例 72

第六章 結論82

II

圖目錄

圖 1-1 研究流程 14

圖 2-1 VRV系統的選機流程 18

圖 2-2 VRV系統全年耗電計算流程圖 31

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重 32

圖 3-1 A機型之冷氣能力修正函數(f1)圖 34

圖 3-2 A機型之相對於EWBODB耗電修正函數(f2)圖35

圖 3-3 A機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖 35

圖 3-4 B機型之冷氣能力修正函數(f1)圖 37

圖 3-5 B機型之相對於EWBODB耗電修正函數(f2)圖38

圖 3-6 B機型之耗電相對於負載率之修正函數圖 38

圖 3-7 C機型之冷氣能力修正函數(f1)圖 39

圖 3-8 C機型之相對於EWBODB耗電修正函數(f2)圖40

圖 3-9 C機型之耗電相對於負載率之修正函數 40

圖 3-10 本實驗VRV系統現場設置情形 43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置 44

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析44

圖 3-13 室外溫度 27的PI及PLF曲線圖 45

圖 3-14 室外溫度 29的PI及PLF曲線圖 46

III

圖 3-15 室外溫度 31的PI及PLF曲線圖 46

圖 3-16 室外溫度 33的PI及PLF曲線圖 47

圖 3-17 室外溫度 35的PI及PLF曲線圖 47

圖 3-18 室外溫度 27至 35的PI及PLF的綜合比較圖 48

圖 4-1 模擬之辦公建築平面 50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況 51

圖 4-3 水平遮陽tanφ的定義 52

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的ACsc的比較圖 55

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之ACsc結果 57

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係 61

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係 65

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖67

IV

表目錄

表 2-1 冷房負荷的構成與代號 19

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB之冷氣能力選擇機表25

表 2-3 室外機選機表 26

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數 27

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB之冷氣能力與耗電量27

表 3-1 A機型性能函數的各項係數 36

表 3-2 B機型性能函數的各項係數 39

表 3-3 C機型各係數數據資料 41

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki 52

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值 52

表 4-3 模擬外殼變數與ENVLOAD值53

表 4-4 室內負荷設定 54

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料 56

表 4-6 PEAK公式回歸係數59

表 4-7 PEAK公式迴歸係數59

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果 63

表 4-9 負載的加權係數比重 65

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci 70

V

表 5-2 PEAK公式迴歸係數abc 70

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明 72

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明 72

表 5-5 照明空面積設計表 73

表 5-6 照明設備數量表 73

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

77

表 5-8 ABC機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量

(kW) 79

VI

摘要

關鍵字變冷媒空調系統空調耗能評估指標總部份負載效率

熱源節能效率α4

變冷媒VRV空調系統在空調分類上雖不屬於中央空調型但其

多聯式系統與智慧型控制系統功能與傳統的中央空調系統幾乎無差

別若使用原先之中央空調系統評估方式評定VRV系統可能造成不適

用是故有修正EAC公式以符合實際情況之需要

VRV 空調系統是組合式主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數經研究發現於主機超量設計後一般之定頻系統的耗電量

會有隨之些微上升的趨勢不過並非是倍數的關係而於 VRV 系統

主機超量設計前後之耗電量是差不多的對於分離式系統而言EAC

並非隨 HSC 成比例增加

主機側節能效率值α4能由實際不同空調系統節能效率之優劣決

定不應是直接認定其α4值為 02本研究藉由空調系統之總部份負

載效率IPLV與主機效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系

統α4值

由於VRV系統無冰水泵逕行採用送水系統之節能α12=02 將有失

此系統之無冰水泵的特性也可能導致EAC評估相當程度之誤差根

據本研究分析空調系統室內機與室外機之耗電量得知室外機與室內

機各佔全系統耗電量之 90與 10故重新修正無冰水的分離式或

VRV系統項目的加權比重為 90送風機加權比重應為 10

VII

根據研究結果本研究建立的 VRV 空調系統節能效率 EAC 的評估

方式透過運用本研究建立的評估方式下即使是使用優良之 VRV

系統也難以通過評估但是運用本研究所建立之評估方式則可以突顯

優良系統的節能效率也可以將較差的系統分辨出來而使其 EAC

評估不過關對於要逃避而使用定頻系統之案件也能再嚴格把關

VIII

ABSTRACT

Keywords VRV EAC IPLV energy saving factor α4

In Green Building Evaluation Indexes the EAC has been adapted as

the central HVAC system energy consumption criteria has been assigned

an energy saving factorα4 of 02 despite of the actual power consumption

variations existed among various system

In this study the PILV values of specific VRV systems were utilized

so that actual energy-saving factor α4 can be evaluated Furthermore

being lack of the chilled water distribution system the weighting of

power consumption percentages of a VRV system has also been changed

into 09 vs 01 for the outdoor and indoor units respectively

The methodology established in this study has been justified by suing

the actual VRV projects under commercial operations which can

successfully discriminate different energy efficiencies among various

systems

IX

第一章 緒論

1-1 緣起與目的

變冷媒 VRV（Variable Refrigerant Volume）流量空調系統之應用

於近年來以大量普及化由於兼顧節能模組化低噪音及良好的

熱舒適等優點於中小型建築及住宅等家用空調之市場佔有率急遽攀

升之趨勢據估計於近十年內將取代一般窗型冷氣機而成為市場之

主流其功能與傳統的中央空調系統幾乎無差別而 VRV 空調主機

省能之原理即是在冷氣運轉的過程中當溫度達設定值plusmn1 度時壓

縮機就會自動調整頻率(變頻)讓它在較低負載的狀況下運作而不是

完全的停止主機運作而定頻冷氣機是在達溫度設定後會停止壓縮機

運作雖然停止比運作省電不過馬達或是壓縮機在停止而再次啟動

的時候其啟動的瞬間是最耗電的所以利用這原理讓變頻式冷氣機

的設計加入冷氣壓縮機運作便可達到大幅節省能源的功效目前我

們所知道市面上的冷氣其省電效果DC 直流變頻gtAC 直流變頻gt

定頻主要是因為馬達磁控式的設計是透過電流或功率調整可以改

變轉速(也就是頻率不同)

變頻空調冷氣機有著1夜間通常有溫差變頻的持溫效果較好

2 不會有壓縮機突然啟動的大噪音3節省電源顧可節省支出傳

統之中央空調系統節能方式皆於「冰水側」或 「空氣側」進行冰水

量或空氣量之變更即為 VWV 或 VAV 系統而 VRV 系統則直接經

由變頻器來改變冷媒流量形成獨特的「主機側」之空調節能技術

具備良好的耗能節約之潛力然而此方向之實際節省效果尚缺乏詳

細之數量化評估另一方面由於 VRV 一般採用氣冷式主機其運

轉性能與當地本土之氣候有顯著相關

10

1-2 研究方法與步驟

由綠建築解說與評估手冊可知對於法定中央空調型建築物的

EAC 評估方法是採用 HDC(熱源容量密度及 COP 法 Heat Source

Capacity Density amp COP Method)來規範即是以 1防止主機超量設

計 2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術三項因子之加權評估法

來進行其所建立的合格判斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (1-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (1-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (1-3)

其中

HSC主機容量效率

ACs空調主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc空調主機最大供應面積(m2USRT)

Sf 備載容量安全係數取 08

γ該空調系統分區之外周區係數

ENVLOAD辦公建築物外殼耗能量[Wh m2-flyear]

Ai空調區窗面部位面積[m2]

Ki開窗之外遮陽係數

ηi 玻璃日射透過率

IHkii窗面部位當在地k方位外殼之冷房日射時[Wh m2-flyear]

Aen建築外殼總面積[m2]

a0常數(m2RT)

a1a2迴歸係數

11

ab迴歸係數常數

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (1-4)

Rs =10 －Σ(αj times rj) (1-5)

Rf =10 － α10 times r10 (1-6)

Rp =10 －Σ(αj times rj) (1-7)

Rm =10－Σβk (1-8)

其中

HSC主機容量效率

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準

Rs熱源節能效率

Rp送冰水系統節能效率

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

α11～α12 =空調節能技術效率標準

β1~β14 =其他總系統節能技術效率標準

r1~r12 =空調節能技術採用率

根據綠建築評估手冊有關VRV空調系統的特殊節能係數有(1)

變冷媒VRV熱源α4=02(2)變冷媒量VRV系統因無送水泵故以熱源

與送水系統之節能α12=02 視之所以根據以上所訂定之係數所計算

出的熱源節能效率Rs值與送(冰)水節能效率Rp值如下

12

熱源節能效率Rs = 10－Σ(α4 times rj)=10－02=08

送(冰)水節能效率Rp=10 －Σ(α12 times rj)=10－02=08

一般VRV的室內機會搭配自動分段變速送風所以α10=04

送風節能效率Rf =10－Σ(α10timesrj)=10－04=06

因此對於採用COPc=COPp的VRV系統而言EAC公式可以進一步

簡化為

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (1-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設

研究之進行採取理論分析與實驗印證並重並行之方式其研究流

程如圖 1-1 所示主要工作內容如下所述

13

研究開始

1VRV 變頻式空調與傳統式定頻

空調之節約能原理比對分析

2建立適用於 VRV 系統於綠建築日常

節能指標 EAC 應用上之計算公式

3VRV系統部份負載曲線之建

立與全尺度實驗印證

4經實驗模式修正之 EAC 計

算式之建立

研究完成

5新 EAC 計算式應用於綠建築

日常節能指標 VRV 系統之一

般市面上冷氣適用與否

圖 1-1 研究流程

14

(1)VRV 變頻式空調與傳統式定頻空調之節約能源原理比對分析

目前我國 VRV 空調之發展主流以日系及韓系產品系列為大

宗其主要節能技術之設計理念為於空調負載狀態下經由冷媒壓縮

機變頻降載而達到節約能源之目標

(2)建立適用於 VRV 系統於綠建築日常節能指標 EAC 應用上之計算

公式

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分列為空調主機(壓縮機)冰水

泵及風機且各配以 6020及 20之權重然而對於 VRV 系

統而言冰水泵並不存在因此整個 EAC 計算之原始配比已失真

所採用之變頻技術亦因廠商而異其後續之計算結果便很難顯現出其

差異性更遑論原始計算式一致性的以常數認定誤差更大原計算

式在早期 VRV 單機變頻與傳統式單機定頻空調之比對上有其環境

與時空背景上之存在意義與貢獻目前市場上已隨著 VRV 系統愈發

中型化與多機化此計算式也適逢修正之良機

本項工作將藉由 DOE21 程式進行大量系統化之電腦模擬以經

由曲線趨合(Curve-fitting)做為於綠建築日常節能指標運用及相關審

查工作上之重要工具

(3)VRV 系統部份負載曲線之建立與全尺度實驗印證

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀況

下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之主要

設計與研發之市場競爭力所在

15

本項工作將藉由選取正商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為我國本在氣象條件下之實際運轉數據深

具參考價值

(4)經實驗模式修正之 EAC 計算式之建立

上述第(2)項工作項目中雖已經由 DOE21 電腦模擬而建立了適

用於 VRV 系統之 EAC 初步計算式然而其精確度仍牽動於所輸入之

壓縮機運轉耗電曲線之基本假設值

今經由第(3)項工作項目建立了實際全尺度實驗之運轉數據可

再行重新輸入於 DOE21 程式中以進行疊代(Iteration)修正而獲致

極高之準確度且此計算式之核心項目將為源自於本土氣象條件下

之全尺度實驗數據而來形成高精確度之實驗模式(Experimental

Model)於實際工程應用上更可靠

(5)新 EAC 計算式應用於綠建築日常節能指標 VRV 系統送審案件之

適配性分析

此項工作主要在將新建立之EAC公式實際嘗試從用於相關VRV

系統送審件中進行試用並且詳細評估其適配性是否可較精細的區

分出 VRV 系統之節能效益並進一步進行必要之修改直至完成 EAC

計算式

16

1-3 文獻回顧

由於台灣之地理位置為偏處於東南亞熱帶與亞熱帶交界處的地

方但 VRV 空調系統之技術乃是由日本與韓國等先進國家引進日

本與韓國處於較高緯度之地段VRV 空調系統在台灣的性能及評估

方式勢必會因天氣及氣候等因素而有所不同故本文將以此為出發

點以台灣本土之溼熱海島型的環境對 VRV 空調系統做一系列之

測試並將原本適用於定頻系統之評估方式測試其是否適用於變頻

冷媒系統之主機

目前國內與國外已有為數不少的人專注於 VRV 空調系統的研

究如中國大陸清華大學建築技術科學系的邵雙全石文星彥啟森

等人都已做了許多文獻而國內則是有林憲德教授及楊冠雄教授

進行一連串的建築外殼節能與綠建築空調節能等的研究本文將參考

內政部建築研究所ldquo綠建築解說與評估手冊rdquo進行一般市面上的定頻

空調系統與變頻空調系統之間的性能比對並針對變頻空調系統建立

評估公式

17

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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86

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

目錄

目錄 I

圖目錄III

表目錄V

摘要VII

ABSTRACT IX

第一章 緒論10

1-1 緣起與目的 10

1-2 研究方法與步驟 11

1-3 文獻回顧 17

第二章 研究方法 18

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算 18

2-2 VRV系統設備量的選定 24

2-3 VRV空調系統的耗電量計算 28

2-4 EAC對VRV系統的修正 32

第三章 VRV節能效果實驗印證 34

3-1 VRV系統特性曲線之建立 34

3-2 VRV系統性能實測 42

3-3 實驗結果分析 45

I

第四章 結果與討論 49

4-1 模擬辦公類建築之選定 49

4-2 主機容量效率的檢討 55

4-3 主機超量設計與耗電量分析 60

4-4 特殊節能效果α4參數分析62

4-5 EAC公式的加權配比分析 66

第五章 VRV系統之EAC評估方式與範例計算 68

5-1 VRV空調系統節能評估方法 68

5-2 公式應用於實際案例 72

第六章 結論82

II

圖目錄

圖 1-1 研究流程 14

圖 2-1 VRV系統的選機流程 18

圖 2-2 VRV系統全年耗電計算流程圖 31

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重 32

圖 3-1 A機型之冷氣能力修正函數(f1)圖 34

圖 3-2 A機型之相對於EWBODB耗電修正函數(f2)圖35

圖 3-3 A機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖 35

圖 3-4 B機型之冷氣能力修正函數(f1)圖 37

圖 3-5 B機型之相對於EWBODB耗電修正函數(f2)圖38

圖 3-6 B機型之耗電相對於負載率之修正函數圖 38

圖 3-7 C機型之冷氣能力修正函數(f1)圖 39

圖 3-8 C機型之相對於EWBODB耗電修正函數(f2)圖40

圖 3-9 C機型之耗電相對於負載率之修正函數 40

圖 3-10 本實驗VRV系統現場設置情形 43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置 44

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析44

圖 3-13 室外溫度 27的PI及PLF曲線圖 45

圖 3-14 室外溫度 29的PI及PLF曲線圖 46

III

圖 3-15 室外溫度 31的PI及PLF曲線圖 46

圖 3-16 室外溫度 33的PI及PLF曲線圖 47

圖 3-17 室外溫度 35的PI及PLF曲線圖 47

圖 3-18 室外溫度 27至 35的PI及PLF的綜合比較圖 48

圖 4-1 模擬之辦公建築平面 50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況 51

圖 4-3 水平遮陽tanφ的定義 52

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的ACsc的比較圖 55

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之ACsc結果 57

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係 61

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係 65

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖67

IV

表目錄

表 2-1 冷房負荷的構成與代號 19

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB之冷氣能力選擇機表25

表 2-3 室外機選機表 26

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數 27

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB之冷氣能力與耗電量27

表 3-1 A機型性能函數的各項係數 36

表 3-2 B機型性能函數的各項係數 39

表 3-3 C機型各係數數據資料 41

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki 52

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值 52

表 4-3 模擬外殼變數與ENVLOAD值53

表 4-4 室內負荷設定 54

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料 56

表 4-6 PEAK公式回歸係數59

表 4-7 PEAK公式迴歸係數59

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果 63

表 4-9 負載的加權係數比重 65

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci 70

V

表 5-2 PEAK公式迴歸係數abc 70

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明 72

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明 72

表 5-5 照明空面積設計表 73

表 5-6 照明設備數量表 73

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

77

表 5-8 ABC機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量

(kW) 79

VI

摘要

關鍵字變冷媒空調系統空調耗能評估指標總部份負載效率

熱源節能效率α4

變冷媒VRV空調系統在空調分類上雖不屬於中央空調型但其

多聯式系統與智慧型控制系統功能與傳統的中央空調系統幾乎無差

別若使用原先之中央空調系統評估方式評定VRV系統可能造成不適

用是故有修正EAC公式以符合實際情況之需要

VRV 空調系統是組合式主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數經研究發現於主機超量設計後一般之定頻系統的耗電量

會有隨之些微上升的趨勢不過並非是倍數的關係而於 VRV 系統

主機超量設計前後之耗電量是差不多的對於分離式系統而言EAC

並非隨 HSC 成比例增加

主機側節能效率值α4能由實際不同空調系統節能效率之優劣決

定不應是直接認定其α4值為 02本研究藉由空調系統之總部份負

載效率IPLV與主機效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系

統α4值

由於VRV系統無冰水泵逕行採用送水系統之節能α12=02 將有失

此系統之無冰水泵的特性也可能導致EAC評估相當程度之誤差根

據本研究分析空調系統室內機與室外機之耗電量得知室外機與室內

機各佔全系統耗電量之 90與 10故重新修正無冰水的分離式或

VRV系統項目的加權比重為 90送風機加權比重應為 10

VII

根據研究結果本研究建立的 VRV 空調系統節能效率 EAC 的評估

方式透過運用本研究建立的評估方式下即使是使用優良之 VRV

系統也難以通過評估但是運用本研究所建立之評估方式則可以突顯

優良系統的節能效率也可以將較差的系統分辨出來而使其 EAC

評估不過關對於要逃避而使用定頻系統之案件也能再嚴格把關

VIII

ABSTRACT

Keywords VRV EAC IPLV energy saving factor α4

In Green Building Evaluation Indexes the EAC has been adapted as

the central HVAC system energy consumption criteria has been assigned

an energy saving factorα4 of 02 despite of the actual power consumption

variations existed among various system

In this study the PILV values of specific VRV systems were utilized

so that actual energy-saving factor α4 can be evaluated Furthermore

being lack of the chilled water distribution system the weighting of

power consumption percentages of a VRV system has also been changed

into 09 vs 01 for the outdoor and indoor units respectively

The methodology established in this study has been justified by suing

the actual VRV projects under commercial operations which can

successfully discriminate different energy efficiencies among various

systems

IX

第一章 緒論

1-1 緣起與目的

變冷媒 VRV（Variable Refrigerant Volume）流量空調系統之應用

於近年來以大量普及化由於兼顧節能模組化低噪音及良好的

熱舒適等優點於中小型建築及住宅等家用空調之市場佔有率急遽攀

升之趨勢據估計於近十年內將取代一般窗型冷氣機而成為市場之

主流其功能與傳統的中央空調系統幾乎無差別而 VRV 空調主機

省能之原理即是在冷氣運轉的過程中當溫度達設定值plusmn1 度時壓

縮機就會自動調整頻率(變頻)讓它在較低負載的狀況下運作而不是

完全的停止主機運作而定頻冷氣機是在達溫度設定後會停止壓縮機

運作雖然停止比運作省電不過馬達或是壓縮機在停止而再次啟動

的時候其啟動的瞬間是最耗電的所以利用這原理讓變頻式冷氣機

的設計加入冷氣壓縮機運作便可達到大幅節省能源的功效目前我

們所知道市面上的冷氣其省電效果DC 直流變頻gtAC 直流變頻gt

定頻主要是因為馬達磁控式的設計是透過電流或功率調整可以改

變轉速(也就是頻率不同)

變頻空調冷氣機有著1夜間通常有溫差變頻的持溫效果較好

2 不會有壓縮機突然啟動的大噪音3節省電源顧可節省支出傳

統之中央空調系統節能方式皆於「冰水側」或 「空氣側」進行冰水

量或空氣量之變更即為 VWV 或 VAV 系統而 VRV 系統則直接經

由變頻器來改變冷媒流量形成獨特的「主機側」之空調節能技術

具備良好的耗能節約之潛力然而此方向之實際節省效果尚缺乏詳

細之數量化評估另一方面由於 VRV 一般採用氣冷式主機其運

轉性能與當地本土之氣候有顯著相關

10

1-2 研究方法與步驟

由綠建築解說與評估手冊可知對於法定中央空調型建築物的

EAC 評估方法是採用 HDC(熱源容量密度及 COP 法 Heat Source

Capacity Density amp COP Method)來規範即是以 1防止主機超量設

計 2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術三項因子之加權評估法

來進行其所建立的合格判斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (1-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (1-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (1-3)

其中

HSC主機容量效率

ACs空調主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc空調主機最大供應面積(m2USRT)

Sf 備載容量安全係數取 08

γ該空調系統分區之外周區係數

ENVLOAD辦公建築物外殼耗能量[Wh m2-flyear]

Ai空調區窗面部位面積[m2]

Ki開窗之外遮陽係數

ηi 玻璃日射透過率

IHkii窗面部位當在地k方位外殼之冷房日射時[Wh m2-flyear]

Aen建築外殼總面積[m2]

a0常數(m2RT)

a1a2迴歸係數

11

ab迴歸係數常數

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (1-4)

Rs =10 －Σ(αj times rj) (1-5)

Rf =10 － α10 times r10 (1-6)

Rp =10 －Σ(αj times rj) (1-7)

Rm =10－Σβk (1-8)

其中

HSC主機容量效率

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準

Rs熱源節能效率

Rp送冰水系統節能效率

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

α11～α12 =空調節能技術效率標準

β1~β14 =其他總系統節能技術效率標準

r1~r12 =空調節能技術採用率

根據綠建築評估手冊有關VRV空調系統的特殊節能係數有(1)

變冷媒VRV熱源α4=02(2)變冷媒量VRV系統因無送水泵故以熱源

與送水系統之節能α12=02 視之所以根據以上所訂定之係數所計算

出的熱源節能效率Rs值與送(冰)水節能效率Rp值如下

12

熱源節能效率Rs = 10－Σ(α4 times rj)=10－02=08

送(冰)水節能效率Rp=10 －Σ(α12 times rj)=10－02=08

一般VRV的室內機會搭配自動分段變速送風所以α10=04

送風節能效率Rf =10－Σ(α10timesrj)=10－04=06

因此對於採用COPc=COPp的VRV系統而言EAC公式可以進一步

簡化為

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (1-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設

研究之進行採取理論分析與實驗印證並重並行之方式其研究流

程如圖 1-1 所示主要工作內容如下所述

13

研究開始

1VRV 變頻式空調與傳統式定頻

空調之節約能原理比對分析

2建立適用於 VRV 系統於綠建築日常

節能指標 EAC 應用上之計算公式

3VRV系統部份負載曲線之建

立與全尺度實驗印證

4經實驗模式修正之 EAC 計

算式之建立

研究完成

5新 EAC 計算式應用於綠建築

日常節能指標 VRV 系統之一

般市面上冷氣適用與否

圖 1-1 研究流程

14

(1)VRV 變頻式空調與傳統式定頻空調之節約能源原理比對分析

目前我國 VRV 空調之發展主流以日系及韓系產品系列為大

宗其主要節能技術之設計理念為於空調負載狀態下經由冷媒壓縮

機變頻降載而達到節約能源之目標

(2)建立適用於 VRV 系統於綠建築日常節能指標 EAC 應用上之計算

公式

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分列為空調主機(壓縮機)冰水

泵及風機且各配以 6020及 20之權重然而對於 VRV 系

統而言冰水泵並不存在因此整個 EAC 計算之原始配比已失真

所採用之變頻技術亦因廠商而異其後續之計算結果便很難顯現出其

差異性更遑論原始計算式一致性的以常數認定誤差更大原計算

式在早期 VRV 單機變頻與傳統式單機定頻空調之比對上有其環境

與時空背景上之存在意義與貢獻目前市場上已隨著 VRV 系統愈發

中型化與多機化此計算式也適逢修正之良機

本項工作將藉由 DOE21 程式進行大量系統化之電腦模擬以經

由曲線趨合(Curve-fitting)做為於綠建築日常節能指標運用及相關審

查工作上之重要工具

(3)VRV 系統部份負載曲線之建立與全尺度實驗印證

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀況

下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之主要

設計與研發之市場競爭力所在

15

本項工作將藉由選取正商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為我國本在氣象條件下之實際運轉數據深

具參考價值

(4)經實驗模式修正之 EAC 計算式之建立

上述第(2)項工作項目中雖已經由 DOE21 電腦模擬而建立了適

用於 VRV 系統之 EAC 初步計算式然而其精確度仍牽動於所輸入之

壓縮機運轉耗電曲線之基本假設值

今經由第(3)項工作項目建立了實際全尺度實驗之運轉數據可

再行重新輸入於 DOE21 程式中以進行疊代(Iteration)修正而獲致

極高之準確度且此計算式之核心項目將為源自於本土氣象條件下

之全尺度實驗數據而來形成高精確度之實驗模式(Experimental

Model)於實際工程應用上更可靠

(5)新 EAC 計算式應用於綠建築日常節能指標 VRV 系統送審案件之

適配性分析

此項工作主要在將新建立之EAC公式實際嘗試從用於相關VRV

系統送審件中進行試用並且詳細評估其適配性是否可較精細的區

分出 VRV 系統之節能效益並進一步進行必要之修改直至完成 EAC

計算式

16

1-3 文獻回顧

由於台灣之地理位置為偏處於東南亞熱帶與亞熱帶交界處的地

方但 VRV 空調系統之技術乃是由日本與韓國等先進國家引進日

本與韓國處於較高緯度之地段VRV 空調系統在台灣的性能及評估

方式勢必會因天氣及氣候等因素而有所不同故本文將以此為出發

點以台灣本土之溼熱海島型的環境對 VRV 空調系統做一系列之

測試並將原本適用於定頻系統之評估方式測試其是否適用於變頻

冷媒系統之主機

目前國內與國外已有為數不少的人專注於 VRV 空調系統的研

究如中國大陸清華大學建築技術科學系的邵雙全石文星彥啟森

等人都已做了許多文獻而國內則是有林憲德教授及楊冠雄教授

進行一連串的建築外殼節能與綠建築空調節能等的研究本文將參考

內政部建築研究所ldquo綠建築解說與評估手冊rdquo進行一般市面上的定頻

空調系統與變頻空調系統之間的性能比對並針對變頻空調系統建立

評估公式

17

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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86

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學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

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15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

第四章 結果與討論 49

4-1 模擬辦公類建築之選定 49

4-2 主機容量效率的檢討 55

4-3 主機超量設計與耗電量分析 60

4-4 特殊節能效果α4參數分析62

4-5 EAC公式的加權配比分析 66

第五章 VRV系統之EAC評估方式與範例計算 68

5-1 VRV空調系統節能評估方法 68

5-2 公式應用於實際案例 72

第六章 結論82

II

圖目錄

圖 1-1 研究流程 14

圖 2-1 VRV系統的選機流程 18

圖 2-2 VRV系統全年耗電計算流程圖 31

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重 32

圖 3-1 A機型之冷氣能力修正函數(f1)圖 34

圖 3-2 A機型之相對於EWBODB耗電修正函數(f2)圖35

圖 3-3 A機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖 35

圖 3-4 B機型之冷氣能力修正函數(f1)圖 37

圖 3-5 B機型之相對於EWBODB耗電修正函數(f2)圖38

圖 3-6 B機型之耗電相對於負載率之修正函數圖 38

圖 3-7 C機型之冷氣能力修正函數(f1)圖 39

圖 3-8 C機型之相對於EWBODB耗電修正函數(f2)圖40

圖 3-9 C機型之耗電相對於負載率之修正函數 40

圖 3-10 本實驗VRV系統現場設置情形 43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置 44

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析44

圖 3-13 室外溫度 27的PI及PLF曲線圖 45

圖 3-14 室外溫度 29的PI及PLF曲線圖 46

III

圖 3-15 室外溫度 31的PI及PLF曲線圖 46

圖 3-16 室外溫度 33的PI及PLF曲線圖 47

圖 3-17 室外溫度 35的PI及PLF曲線圖 47

圖 3-18 室外溫度 27至 35的PI及PLF的綜合比較圖 48

圖 4-1 模擬之辦公建築平面 50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況 51

圖 4-3 水平遮陽tanφ的定義 52

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的ACsc的比較圖 55

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之ACsc結果 57

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係 61

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係 65

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖67

IV

表目錄

表 2-1 冷房負荷的構成與代號 19

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB之冷氣能力選擇機表25

表 2-3 室外機選機表 26

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數 27

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB之冷氣能力與耗電量27

表 3-1 A機型性能函數的各項係數 36

表 3-2 B機型性能函數的各項係數 39

表 3-3 C機型各係數數據資料 41

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki 52

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值 52

表 4-3 模擬外殼變數與ENVLOAD值53

表 4-4 室內負荷設定 54

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料 56

表 4-6 PEAK公式回歸係數59

表 4-7 PEAK公式迴歸係數59

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果 63

表 4-9 負載的加權係數比重 65

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci 70

V

表 5-2 PEAK公式迴歸係數abc 70

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明 72

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明 72

表 5-5 照明空面積設計表 73

表 5-6 照明設備數量表 73

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

77

表 5-8 ABC機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量

(kW) 79

VI

摘要

關鍵字變冷媒空調系統空調耗能評估指標總部份負載效率

熱源節能效率α4

變冷媒VRV空調系統在空調分類上雖不屬於中央空調型但其

多聯式系統與智慧型控制系統功能與傳統的中央空調系統幾乎無差

別若使用原先之中央空調系統評估方式評定VRV系統可能造成不適

用是故有修正EAC公式以符合實際情況之需要

VRV 空調系統是組合式主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數經研究發現於主機超量設計後一般之定頻系統的耗電量

會有隨之些微上升的趨勢不過並非是倍數的關係而於 VRV 系統

主機超量設計前後之耗電量是差不多的對於分離式系統而言EAC

並非隨 HSC 成比例增加

主機側節能效率值α4能由實際不同空調系統節能效率之優劣決

定不應是直接認定其α4值為 02本研究藉由空調系統之總部份負

載效率IPLV與主機效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系

統α4值

由於VRV系統無冰水泵逕行採用送水系統之節能α12=02 將有失

此系統之無冰水泵的特性也可能導致EAC評估相當程度之誤差根

據本研究分析空調系統室內機與室外機之耗電量得知室外機與室內

機各佔全系統耗電量之 90與 10故重新修正無冰水的分離式或

VRV系統項目的加權比重為 90送風機加權比重應為 10

VII

根據研究結果本研究建立的 VRV 空調系統節能效率 EAC 的評估

方式透過運用本研究建立的評估方式下即使是使用優良之 VRV

系統也難以通過評估但是運用本研究所建立之評估方式則可以突顯

優良系統的節能效率也可以將較差的系統分辨出來而使其 EAC

評估不過關對於要逃避而使用定頻系統之案件也能再嚴格把關

VIII

ABSTRACT

Keywords VRV EAC IPLV energy saving factor α4

In Green Building Evaluation Indexes the EAC has been adapted as

the central HVAC system energy consumption criteria has been assigned

an energy saving factorα4 of 02 despite of the actual power consumption

variations existed among various system

In this study the PILV values of specific VRV systems were utilized

so that actual energy-saving factor α4 can be evaluated Furthermore

being lack of the chilled water distribution system the weighting of

power consumption percentages of a VRV system has also been changed

into 09 vs 01 for the outdoor and indoor units respectively

The methodology established in this study has been justified by suing

the actual VRV projects under commercial operations which can

successfully discriminate different energy efficiencies among various

systems

IX

第一章 緒論

1-1 緣起與目的

變冷媒 VRV（Variable Refrigerant Volume）流量空調系統之應用

於近年來以大量普及化由於兼顧節能模組化低噪音及良好的

熱舒適等優點於中小型建築及住宅等家用空調之市場佔有率急遽攀

升之趨勢據估計於近十年內將取代一般窗型冷氣機而成為市場之

主流其功能與傳統的中央空調系統幾乎無差別而 VRV 空調主機

省能之原理即是在冷氣運轉的過程中當溫度達設定值plusmn1 度時壓

縮機就會自動調整頻率(變頻)讓它在較低負載的狀況下運作而不是

完全的停止主機運作而定頻冷氣機是在達溫度設定後會停止壓縮機

運作雖然停止比運作省電不過馬達或是壓縮機在停止而再次啟動

的時候其啟動的瞬間是最耗電的所以利用這原理讓變頻式冷氣機

的設計加入冷氣壓縮機運作便可達到大幅節省能源的功效目前我

們所知道市面上的冷氣其省電效果DC 直流變頻gtAC 直流變頻gt

定頻主要是因為馬達磁控式的設計是透過電流或功率調整可以改

變轉速(也就是頻率不同)

變頻空調冷氣機有著1夜間通常有溫差變頻的持溫效果較好

2 不會有壓縮機突然啟動的大噪音3節省電源顧可節省支出傳

統之中央空調系統節能方式皆於「冰水側」或 「空氣側」進行冰水

量或空氣量之變更即為 VWV 或 VAV 系統而 VRV 系統則直接經

由變頻器來改變冷媒流量形成獨特的「主機側」之空調節能技術

具備良好的耗能節約之潛力然而此方向之實際節省效果尚缺乏詳

細之數量化評估另一方面由於 VRV 一般採用氣冷式主機其運

轉性能與當地本土之氣候有顯著相關

10

1-2 研究方法與步驟

由綠建築解說與評估手冊可知對於法定中央空調型建築物的

EAC 評估方法是採用 HDC(熱源容量密度及 COP 法 Heat Source

Capacity Density amp COP Method)來規範即是以 1防止主機超量設

計 2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術三項因子之加權評估法

來進行其所建立的合格判斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (1-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (1-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (1-3)

其中

HSC主機容量效率

ACs空調主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc空調主機最大供應面積(m2USRT)

Sf 備載容量安全係數取 08

γ該空調系統分區之外周區係數

ENVLOAD辦公建築物外殼耗能量[Wh m2-flyear]

Ai空調區窗面部位面積[m2]

Ki開窗之外遮陽係數

ηi 玻璃日射透過率

IHkii窗面部位當在地k方位外殼之冷房日射時[Wh m2-flyear]

Aen建築外殼總面積[m2]

a0常數(m2RT)

a1a2迴歸係數

11

ab迴歸係數常數

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (1-4)

Rs =10 －Σ(αj times rj) (1-5)

Rf =10 － α10 times r10 (1-6)

Rp =10 －Σ(αj times rj) (1-7)

Rm =10－Σβk (1-8)

其中

HSC主機容量效率

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準

Rs熱源節能效率

Rp送冰水系統節能效率

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

α11～α12 =空調節能技術效率標準

β1~β14 =其他總系統節能技術效率標準

r1~r12 =空調節能技術採用率

根據綠建築評估手冊有關VRV空調系統的特殊節能係數有(1)

變冷媒VRV熱源α4=02(2)變冷媒量VRV系統因無送水泵故以熱源

與送水系統之節能α12=02 視之所以根據以上所訂定之係數所計算

出的熱源節能效率Rs值與送(冰)水節能效率Rp值如下

12

熱源節能效率Rs = 10－Σ(α4 times rj)=10－02=08

送(冰)水節能效率Rp=10 －Σ(α12 times rj)=10－02=08

一般VRV的室內機會搭配自動分段變速送風所以α10=04

送風節能效率Rf =10－Σ(α10timesrj)=10－04=06

因此對於採用COPc=COPp的VRV系統而言EAC公式可以進一步

簡化為

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (1-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設

研究之進行採取理論分析與實驗印證並重並行之方式其研究流

程如圖 1-1 所示主要工作內容如下所述

13

研究開始

1VRV 變頻式空調與傳統式定頻

空調之節約能原理比對分析

2建立適用於 VRV 系統於綠建築日常

節能指標 EAC 應用上之計算公式

3VRV系統部份負載曲線之建

立與全尺度實驗印證

4經實驗模式修正之 EAC 計

算式之建立

研究完成

5新 EAC 計算式應用於綠建築

日常節能指標 VRV 系統之一

般市面上冷氣適用與否

圖 1-1 研究流程

14

(1)VRV 變頻式空調與傳統式定頻空調之節約能源原理比對分析

目前我國 VRV 空調之發展主流以日系及韓系產品系列為大

宗其主要節能技術之設計理念為於空調負載狀態下經由冷媒壓縮

機變頻降載而達到節約能源之目標

(2)建立適用於 VRV 系統於綠建築日常節能指標 EAC 應用上之計算

公式

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分列為空調主機(壓縮機)冰水

泵及風機且各配以 6020及 20之權重然而對於 VRV 系

統而言冰水泵並不存在因此整個 EAC 計算之原始配比已失真

所採用之變頻技術亦因廠商而異其後續之計算結果便很難顯現出其

差異性更遑論原始計算式一致性的以常數認定誤差更大原計算

式在早期 VRV 單機變頻與傳統式單機定頻空調之比對上有其環境

與時空背景上之存在意義與貢獻目前市場上已隨著 VRV 系統愈發

中型化與多機化此計算式也適逢修正之良機

本項工作將藉由 DOE21 程式進行大量系統化之電腦模擬以經

由曲線趨合(Curve-fitting)做為於綠建築日常節能指標運用及相關審

查工作上之重要工具

(3)VRV 系統部份負載曲線之建立與全尺度實驗印證

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀況

下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之主要

設計與研發之市場競爭力所在

15

本項工作將藉由選取正商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為我國本在氣象條件下之實際運轉數據深

具參考價值

(4)經實驗模式修正之 EAC 計算式之建立

上述第(2)項工作項目中雖已經由 DOE21 電腦模擬而建立了適

用於 VRV 系統之 EAC 初步計算式然而其精確度仍牽動於所輸入之

壓縮機運轉耗電曲線之基本假設值

今經由第(3)項工作項目建立了實際全尺度實驗之運轉數據可

再行重新輸入於 DOE21 程式中以進行疊代(Iteration)修正而獲致

極高之準確度且此計算式之核心項目將為源自於本土氣象條件下

之全尺度實驗數據而來形成高精確度之實驗模式(Experimental

Model)於實際工程應用上更可靠

(5)新 EAC 計算式應用於綠建築日常節能指標 VRV 系統送審案件之

適配性分析

此項工作主要在將新建立之EAC公式實際嘗試從用於相關VRV

系統送審件中進行試用並且詳細評估其適配性是否可較精細的區

分出 VRV 系統之節能效益並進一步進行必要之修改直至完成 EAC

計算式

16

1-3 文獻回顧

由於台灣之地理位置為偏處於東南亞熱帶與亞熱帶交界處的地

方但 VRV 空調系統之技術乃是由日本與韓國等先進國家引進日

本與韓國處於較高緯度之地段VRV 空調系統在台灣的性能及評估

方式勢必會因天氣及氣候等因素而有所不同故本文將以此為出發

點以台灣本土之溼熱海島型的環境對 VRV 空調系統做一系列之

測試並將原本適用於定頻系統之評估方式測試其是否適用於變頻

冷媒系統之主機

目前國內與國外已有為數不少的人專注於 VRV 空調系統的研

究如中國大陸清華大學建築技術科學系的邵雙全石文星彥啟森

等人都已做了許多文獻而國內則是有林憲德教授及楊冠雄教授

進行一連串的建築外殼節能與綠建築空調節能等的研究本文將參考

內政部建築研究所ldquo綠建築解說與評估手冊rdquo進行一般市面上的定頻

空調系統與變頻空調系統之間的性能比對並針對變頻空調系統建立

評估公式

17

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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5 RJ Hackner JW Mitcell and WA Beckman ldquoHVAC System

Dynamic and Energy Use in Building-Part Irdquo ASHRAE Transactions

Vol901984

6 Steven Meyers Evan Mills Allan Chen and Laura Demsetz ldquoBuilding

Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

7 American Society of Heating refrigerating and Air-Conditioning

EngineersInc ldquoASHRAE Handbook FUNDAMENTALSrdquo2001

8 林憲德著「現代人類的居住環境」胡氏圖書出版社民國 83 年

9 林憲德著「建築節能法規的解說與實例專輯」內政部營建署民

國 86 年

10 林憲德著「建築節約能源設計技術規範與實例」民國 92 年

11 楊冠雄著「建築外殼及空調系統整體耗能評估方法之研究」經

濟部能源委員會民國 79 年

86

12 楊冠雄著「建築物整體能源系統最佳化研究」經濟部能源委員

會民國 81 年

13 黃瑞隆著「空調系統耗能量計算及節能效益分析」國立中山大

學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

圖目錄

圖 1-1 研究流程 14

圖 2-1 VRV系統的選機流程 18

圖 2-2 VRV系統全年耗電計算流程圖 31

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重 32

圖 3-1 A機型之冷氣能力修正函數(f1)圖 34

圖 3-2 A機型之相對於EWBODB耗電修正函數(f2)圖35

圖 3-3 A機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖 35

圖 3-4 B機型之冷氣能力修正函數(f1)圖 37

圖 3-5 B機型之相對於EWBODB耗電修正函數(f2)圖38

圖 3-6 B機型之耗電相對於負載率之修正函數圖 38

圖 3-7 C機型之冷氣能力修正函數(f1)圖 39

圖 3-8 C機型之相對於EWBODB耗電修正函數(f2)圖40

圖 3-9 C機型之耗電相對於負載率之修正函數 40

圖 3-10 本實驗VRV系統現場設置情形 43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置 44

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析44

圖 3-13 室外溫度 27的PI及PLF曲線圖 45

圖 3-14 室外溫度 29的PI及PLF曲線圖 46

III

圖 3-15 室外溫度 31的PI及PLF曲線圖 46

圖 3-16 室外溫度 33的PI及PLF曲線圖 47

圖 3-17 室外溫度 35的PI及PLF曲線圖 47

圖 3-18 室外溫度 27至 35的PI及PLF的綜合比較圖 48

圖 4-1 模擬之辦公建築平面 50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況 51

圖 4-3 水平遮陽tanφ的定義 52

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的ACsc的比較圖 55

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之ACsc結果 57

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係 61

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係 65

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖67

IV

表目錄

表 2-1 冷房負荷的構成與代號 19

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB之冷氣能力選擇機表25

表 2-3 室外機選機表 26

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數 27

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB之冷氣能力與耗電量27

表 3-1 A機型性能函數的各項係數 36

表 3-2 B機型性能函數的各項係數 39

表 3-3 C機型各係數數據資料 41

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki 52

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值 52

表 4-3 模擬外殼變數與ENVLOAD值53

表 4-4 室內負荷設定 54

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料 56

表 4-6 PEAK公式回歸係數59

表 4-7 PEAK公式迴歸係數59

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果 63

表 4-9 負載的加權係數比重 65

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci 70

V

表 5-2 PEAK公式迴歸係數abc 70

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明 72

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明 72

表 5-5 照明空面積設計表 73

表 5-6 照明設備數量表 73

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

77

表 5-8 ABC機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量

(kW) 79

VI

摘要

關鍵字變冷媒空調系統空調耗能評估指標總部份負載效率

熱源節能效率α4

變冷媒VRV空調系統在空調分類上雖不屬於中央空調型但其

多聯式系統與智慧型控制系統功能與傳統的中央空調系統幾乎無差

別若使用原先之中央空調系統評估方式評定VRV系統可能造成不適

用是故有修正EAC公式以符合實際情況之需要

VRV 空調系統是組合式主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數經研究發現於主機超量設計後一般之定頻系統的耗電量

會有隨之些微上升的趨勢不過並非是倍數的關係而於 VRV 系統

主機超量設計前後之耗電量是差不多的對於分離式系統而言EAC

並非隨 HSC 成比例增加

主機側節能效率值α4能由實際不同空調系統節能效率之優劣決

定不應是直接認定其α4值為 02本研究藉由空調系統之總部份負

載效率IPLV與主機效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系

統α4值

由於VRV系統無冰水泵逕行採用送水系統之節能α12=02 將有失

此系統之無冰水泵的特性也可能導致EAC評估相當程度之誤差根

據本研究分析空調系統室內機與室外機之耗電量得知室外機與室內

機各佔全系統耗電量之 90與 10故重新修正無冰水的分離式或

VRV系統項目的加權比重為 90送風機加權比重應為 10

VII

根據研究結果本研究建立的 VRV 空調系統節能效率 EAC 的評估

方式透過運用本研究建立的評估方式下即使是使用優良之 VRV

系統也難以通過評估但是運用本研究所建立之評估方式則可以突顯

優良系統的節能效率也可以將較差的系統分辨出來而使其 EAC

評估不過關對於要逃避而使用定頻系統之案件也能再嚴格把關

VIII

ABSTRACT

Keywords VRV EAC IPLV energy saving factor α4

In Green Building Evaluation Indexes the EAC has been adapted as

the central HVAC system energy consumption criteria has been assigned

an energy saving factorα4 of 02 despite of the actual power consumption

variations existed among various system

In this study the PILV values of specific VRV systems were utilized

so that actual energy-saving factor α4 can be evaluated Furthermore

being lack of the chilled water distribution system the weighting of

power consumption percentages of a VRV system has also been changed

into 09 vs 01 for the outdoor and indoor units respectively

The methodology established in this study has been justified by suing

the actual VRV projects under commercial operations which can

successfully discriminate different energy efficiencies among various

systems

IX

第一章 緒論

1-1 緣起與目的

變冷媒 VRV（Variable Refrigerant Volume）流量空調系統之應用

於近年來以大量普及化由於兼顧節能模組化低噪音及良好的

熱舒適等優點於中小型建築及住宅等家用空調之市場佔有率急遽攀

升之趨勢據估計於近十年內將取代一般窗型冷氣機而成為市場之

主流其功能與傳統的中央空調系統幾乎無差別而 VRV 空調主機

省能之原理即是在冷氣運轉的過程中當溫度達設定值plusmn1 度時壓

縮機就會自動調整頻率(變頻)讓它在較低負載的狀況下運作而不是

完全的停止主機運作而定頻冷氣機是在達溫度設定後會停止壓縮機

運作雖然停止比運作省電不過馬達或是壓縮機在停止而再次啟動

的時候其啟動的瞬間是最耗電的所以利用這原理讓變頻式冷氣機

的設計加入冷氣壓縮機運作便可達到大幅節省能源的功效目前我

們所知道市面上的冷氣其省電效果DC 直流變頻gtAC 直流變頻gt

定頻主要是因為馬達磁控式的設計是透過電流或功率調整可以改

變轉速(也就是頻率不同)

變頻空調冷氣機有著1夜間通常有溫差變頻的持溫效果較好

2 不會有壓縮機突然啟動的大噪音3節省電源顧可節省支出傳

統之中央空調系統節能方式皆於「冰水側」或 「空氣側」進行冰水

量或空氣量之變更即為 VWV 或 VAV 系統而 VRV 系統則直接經

由變頻器來改變冷媒流量形成獨特的「主機側」之空調節能技術

具備良好的耗能節約之潛力然而此方向之實際節省效果尚缺乏詳

細之數量化評估另一方面由於 VRV 一般採用氣冷式主機其運

轉性能與當地本土之氣候有顯著相關

10

1-2 研究方法與步驟

由綠建築解說與評估手冊可知對於法定中央空調型建築物的

EAC 評估方法是採用 HDC(熱源容量密度及 COP 法 Heat Source

Capacity Density amp COP Method)來規範即是以 1防止主機超量設

計 2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術三項因子之加權評估法

來進行其所建立的合格判斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (1-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (1-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (1-3)

其中

HSC主機容量效率

ACs空調主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc空調主機最大供應面積(m2USRT)

Sf 備載容量安全係數取 08

γ該空調系統分區之外周區係數

ENVLOAD辦公建築物外殼耗能量[Wh m2-flyear]

Ai空調區窗面部位面積[m2]

Ki開窗之外遮陽係數

ηi 玻璃日射透過率

IHkii窗面部位當在地k方位外殼之冷房日射時[Wh m2-flyear]

Aen建築外殼總面積[m2]

a0常數(m2RT)

a1a2迴歸係數

11

ab迴歸係數常數

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (1-4)

Rs =10 －Σ(αj times rj) (1-5)

Rf =10 － α10 times r10 (1-6)

Rp =10 －Σ(αj times rj) (1-7)

Rm =10－Σβk (1-8)

其中

HSC主機容量效率

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準

Rs熱源節能效率

Rp送冰水系統節能效率

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

α11～α12 =空調節能技術效率標準

β1~β14 =其他總系統節能技術效率標準

r1~r12 =空調節能技術採用率

根據綠建築評估手冊有關VRV空調系統的特殊節能係數有(1)

變冷媒VRV熱源α4=02(2)變冷媒量VRV系統因無送水泵故以熱源

與送水系統之節能α12=02 視之所以根據以上所訂定之係數所計算

出的熱源節能效率Rs值與送(冰)水節能效率Rp值如下

12

熱源節能效率Rs = 10－Σ(α4 times rj)=10－02=08

送(冰)水節能效率Rp=10 －Σ(α12 times rj)=10－02=08

一般VRV的室內機會搭配自動分段變速送風所以α10=04

送風節能效率Rf =10－Σ(α10timesrj)=10－04=06

因此對於採用COPc=COPp的VRV系統而言EAC公式可以進一步

簡化為

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (1-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設

研究之進行採取理論分析與實驗印證並重並行之方式其研究流

程如圖 1-1 所示主要工作內容如下所述

13

研究開始

1VRV 變頻式空調與傳統式定頻

空調之節約能原理比對分析

2建立適用於 VRV 系統於綠建築日常

節能指標 EAC 應用上之計算公式

3VRV系統部份負載曲線之建

立與全尺度實驗印證

4經實驗模式修正之 EAC 計

算式之建立

研究完成

5新 EAC 計算式應用於綠建築

日常節能指標 VRV 系統之一

般市面上冷氣適用與否

圖 1-1 研究流程

14

(1)VRV 變頻式空調與傳統式定頻空調之節約能源原理比對分析

目前我國 VRV 空調之發展主流以日系及韓系產品系列為大

宗其主要節能技術之設計理念為於空調負載狀態下經由冷媒壓縮

機變頻降載而達到節約能源之目標

(2)建立適用於 VRV 系統於綠建築日常節能指標 EAC 應用上之計算

公式

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分列為空調主機(壓縮機)冰水

泵及風機且各配以 6020及 20之權重然而對於 VRV 系

統而言冰水泵並不存在因此整個 EAC 計算之原始配比已失真

所採用之變頻技術亦因廠商而異其後續之計算結果便很難顯現出其

差異性更遑論原始計算式一致性的以常數認定誤差更大原計算

式在早期 VRV 單機變頻與傳統式單機定頻空調之比對上有其環境

與時空背景上之存在意義與貢獻目前市場上已隨著 VRV 系統愈發

中型化與多機化此計算式也適逢修正之良機

本項工作將藉由 DOE21 程式進行大量系統化之電腦模擬以經

由曲線趨合(Curve-fitting)做為於綠建築日常節能指標運用及相關審

查工作上之重要工具

(3)VRV 系統部份負載曲線之建立與全尺度實驗印證

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀況

下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之主要

設計與研發之市場競爭力所在

15

本項工作將藉由選取正商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為我國本在氣象條件下之實際運轉數據深

具參考價值

(4)經實驗模式修正之 EAC 計算式之建立

上述第(2)項工作項目中雖已經由 DOE21 電腦模擬而建立了適

用於 VRV 系統之 EAC 初步計算式然而其精確度仍牽動於所輸入之

壓縮機運轉耗電曲線之基本假設值

今經由第(3)項工作項目建立了實際全尺度實驗之運轉數據可

再行重新輸入於 DOE21 程式中以進行疊代(Iteration)修正而獲致

極高之準確度且此計算式之核心項目將為源自於本土氣象條件下

之全尺度實驗數據而來形成高精確度之實驗模式(Experimental

Model)於實際工程應用上更可靠

(5)新 EAC 計算式應用於綠建築日常節能指標 VRV 系統送審案件之

適配性分析

此項工作主要在將新建立之EAC公式實際嘗試從用於相關VRV

系統送審件中進行試用並且詳細評估其適配性是否可較精細的區

分出 VRV 系統之節能效益並進一步進行必要之修改直至完成 EAC

計算式

16

1-3 文獻回顧

由於台灣之地理位置為偏處於東南亞熱帶與亞熱帶交界處的地

方但 VRV 空調系統之技術乃是由日本與韓國等先進國家引進日

本與韓國處於較高緯度之地段VRV 空調系統在台灣的性能及評估

方式勢必會因天氣及氣候等因素而有所不同故本文將以此為出發

點以台灣本土之溼熱海島型的環境對 VRV 空調系統做一系列之

測試並將原本適用於定頻系統之評估方式測試其是否適用於變頻

冷媒系統之主機

目前國內與國外已有為數不少的人專注於 VRV 空調系統的研

究如中國大陸清華大學建築技術科學系的邵雙全石文星彥啟森

等人都已做了許多文獻而國內則是有林憲德教授及楊冠雄教授

進行一連串的建築外殼節能與綠建築空調節能等的研究本文將參考

內政部建築研究所ldquo綠建築解說與評估手冊rdquo進行一般市面上的定頻

空調系統與變頻空調系統之間的性能比對並針對變頻空調系統建立

評估公式

17

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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86

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山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

圖 3-15 室外溫度 31的PI及PLF曲線圖 46

圖 3-16 室外溫度 33的PI及PLF曲線圖 47

圖 3-17 室外溫度 35的PI及PLF曲線圖 47

圖 3-18 室外溫度 27至 35的PI及PLF的綜合比較圖 48

圖 4-1 模擬之辦公建築平面 50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況 51

圖 4-3 水平遮陽tanφ的定義 52

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的ACsc的比較圖 55

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之ACsc結果 57

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係 61

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係 65

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖67

IV

表目錄

表 2-1 冷房負荷的構成與代號 19

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB之冷氣能力選擇機表25

表 2-3 室外機選機表 26

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數 27

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB之冷氣能力與耗電量27

表 3-1 A機型性能函數的各項係數 36

表 3-2 B機型性能函數的各項係數 39

表 3-3 C機型各係數數據資料 41

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki 52

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值 52

表 4-3 模擬外殼變數與ENVLOAD值53

表 4-4 室內負荷設定 54

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料 56

表 4-6 PEAK公式回歸係數59

表 4-7 PEAK公式迴歸係數59

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果 63

表 4-9 負載的加權係數比重 65

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci 70

V

表 5-2 PEAK公式迴歸係數abc 70

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明 72

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明 72

表 5-5 照明空面積設計表 73

表 5-6 照明設備數量表 73

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

77

表 5-8 ABC機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量

(kW) 79

VI

摘要

關鍵字變冷媒空調系統空調耗能評估指標總部份負載效率

熱源節能效率α4

變冷媒VRV空調系統在空調分類上雖不屬於中央空調型但其

多聯式系統與智慧型控制系統功能與傳統的中央空調系統幾乎無差

別若使用原先之中央空調系統評估方式評定VRV系統可能造成不適

用是故有修正EAC公式以符合實際情況之需要

VRV 空調系統是組合式主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數經研究發現於主機超量設計後一般之定頻系統的耗電量

會有隨之些微上升的趨勢不過並非是倍數的關係而於 VRV 系統

主機超量設計前後之耗電量是差不多的對於分離式系統而言EAC

並非隨 HSC 成比例增加

主機側節能效率值α4能由實際不同空調系統節能效率之優劣決

定不應是直接認定其α4值為 02本研究藉由空調系統之總部份負

載效率IPLV與主機效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系

統α4值

由於VRV系統無冰水泵逕行採用送水系統之節能α12=02 將有失

此系統之無冰水泵的特性也可能導致EAC評估相當程度之誤差根

據本研究分析空調系統室內機與室外機之耗電量得知室外機與室內

機各佔全系統耗電量之 90與 10故重新修正無冰水的分離式或

VRV系統項目的加權比重為 90送風機加權比重應為 10

VII

根據研究結果本研究建立的 VRV 空調系統節能效率 EAC 的評估

方式透過運用本研究建立的評估方式下即使是使用優良之 VRV

系統也難以通過評估但是運用本研究所建立之評估方式則可以突顯

優良系統的節能效率也可以將較差的系統分辨出來而使其 EAC

評估不過關對於要逃避而使用定頻系統之案件也能再嚴格把關

VIII

ABSTRACT

Keywords VRV EAC IPLV energy saving factor α4

In Green Building Evaluation Indexes the EAC has been adapted as

the central HVAC system energy consumption criteria has been assigned

an energy saving factorα4 of 02 despite of the actual power consumption

variations existed among various system

In this study the PILV values of specific VRV systems were utilized

so that actual energy-saving factor α4 can be evaluated Furthermore

being lack of the chilled water distribution system the weighting of

power consumption percentages of a VRV system has also been changed

into 09 vs 01 for the outdoor and indoor units respectively

The methodology established in this study has been justified by suing

the actual VRV projects under commercial operations which can

successfully discriminate different energy efficiencies among various

systems

IX

第一章 緒論

1-1 緣起與目的

變冷媒 VRV（Variable Refrigerant Volume）流量空調系統之應用

於近年來以大量普及化由於兼顧節能模組化低噪音及良好的

熱舒適等優點於中小型建築及住宅等家用空調之市場佔有率急遽攀

升之趨勢據估計於近十年內將取代一般窗型冷氣機而成為市場之

主流其功能與傳統的中央空調系統幾乎無差別而 VRV 空調主機

省能之原理即是在冷氣運轉的過程中當溫度達設定值plusmn1 度時壓

縮機就會自動調整頻率(變頻)讓它在較低負載的狀況下運作而不是

完全的停止主機運作而定頻冷氣機是在達溫度設定後會停止壓縮機

運作雖然停止比運作省電不過馬達或是壓縮機在停止而再次啟動

的時候其啟動的瞬間是最耗電的所以利用這原理讓變頻式冷氣機

的設計加入冷氣壓縮機運作便可達到大幅節省能源的功效目前我

們所知道市面上的冷氣其省電效果DC 直流變頻gtAC 直流變頻gt

定頻主要是因為馬達磁控式的設計是透過電流或功率調整可以改

變轉速(也就是頻率不同)

變頻空調冷氣機有著1夜間通常有溫差變頻的持溫效果較好

2 不會有壓縮機突然啟動的大噪音3節省電源顧可節省支出傳

統之中央空調系統節能方式皆於「冰水側」或 「空氣側」進行冰水

量或空氣量之變更即為 VWV 或 VAV 系統而 VRV 系統則直接經

由變頻器來改變冷媒流量形成獨特的「主機側」之空調節能技術

具備良好的耗能節約之潛力然而此方向之實際節省效果尚缺乏詳

細之數量化評估另一方面由於 VRV 一般採用氣冷式主機其運

轉性能與當地本土之氣候有顯著相關

10

1-2 研究方法與步驟

由綠建築解說與評估手冊可知對於法定中央空調型建築物的

EAC 評估方法是採用 HDC(熱源容量密度及 COP 法 Heat Source

Capacity Density amp COP Method)來規範即是以 1防止主機超量設

計 2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術三項因子之加權評估法

來進行其所建立的合格判斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (1-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (1-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (1-3)

其中

HSC主機容量效率

ACs空調主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc空調主機最大供應面積(m2USRT)

Sf 備載容量安全係數取 08

γ該空調系統分區之外周區係數

ENVLOAD辦公建築物外殼耗能量[Wh m2-flyear]

Ai空調區窗面部位面積[m2]

Ki開窗之外遮陽係數

ηi 玻璃日射透過率

IHkii窗面部位當在地k方位外殼之冷房日射時[Wh m2-flyear]

Aen建築外殼總面積[m2]

a0常數(m2RT)

a1a2迴歸係數

11

ab迴歸係數常數

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (1-4)

Rs =10 －Σ(αj times rj) (1-5)

Rf =10 － α10 times r10 (1-6)

Rp =10 －Σ(αj times rj) (1-7)

Rm =10－Σβk (1-8)

其中

HSC主機容量效率

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準

Rs熱源節能效率

Rp送冰水系統節能效率

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

α11～α12 =空調節能技術效率標準

β1~β14 =其他總系統節能技術效率標準

r1~r12 =空調節能技術採用率

根據綠建築評估手冊有關VRV空調系統的特殊節能係數有(1)

變冷媒VRV熱源α4=02(2)變冷媒量VRV系統因無送水泵故以熱源

與送水系統之節能α12=02 視之所以根據以上所訂定之係數所計算

出的熱源節能效率Rs值與送(冰)水節能效率Rp值如下

12

熱源節能效率Rs = 10－Σ(α4 times rj)=10－02=08

送(冰)水節能效率Rp=10 －Σ(α12 times rj)=10－02=08

一般VRV的室內機會搭配自動分段變速送風所以α10=04

送風節能效率Rf =10－Σ(α10timesrj)=10－04=06

因此對於採用COPc=COPp的VRV系統而言EAC公式可以進一步

簡化為

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (1-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設

研究之進行採取理論分析與實驗印證並重並行之方式其研究流

程如圖 1-1 所示主要工作內容如下所述

13

研究開始

1VRV 變頻式空調與傳統式定頻

空調之節約能原理比對分析

2建立適用於 VRV 系統於綠建築日常

節能指標 EAC 應用上之計算公式

3VRV系統部份負載曲線之建

立與全尺度實驗印證

4經實驗模式修正之 EAC 計

算式之建立

研究完成

5新 EAC 計算式應用於綠建築

日常節能指標 VRV 系統之一

般市面上冷氣適用與否

圖 1-1 研究流程

14

(1)VRV 變頻式空調與傳統式定頻空調之節約能源原理比對分析

目前我國 VRV 空調之發展主流以日系及韓系產品系列為大

宗其主要節能技術之設計理念為於空調負載狀態下經由冷媒壓縮

機變頻降載而達到節約能源之目標

(2)建立適用於 VRV 系統於綠建築日常節能指標 EAC 應用上之計算

公式

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分列為空調主機(壓縮機)冰水

泵及風機且各配以 6020及 20之權重然而對於 VRV 系

統而言冰水泵並不存在因此整個 EAC 計算之原始配比已失真

所採用之變頻技術亦因廠商而異其後續之計算結果便很難顯現出其

差異性更遑論原始計算式一致性的以常數認定誤差更大原計算

式在早期 VRV 單機變頻與傳統式單機定頻空調之比對上有其環境

與時空背景上之存在意義與貢獻目前市場上已隨著 VRV 系統愈發

中型化與多機化此計算式也適逢修正之良機

本項工作將藉由 DOE21 程式進行大量系統化之電腦模擬以經

由曲線趨合(Curve-fitting)做為於綠建築日常節能指標運用及相關審

查工作上之重要工具

(3)VRV 系統部份負載曲線之建立與全尺度實驗印證

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀況

下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之主要

設計與研發之市場競爭力所在

15

本項工作將藉由選取正商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為我國本在氣象條件下之實際運轉數據深

具參考價值

(4)經實驗模式修正之 EAC 計算式之建立

上述第(2)項工作項目中雖已經由 DOE21 電腦模擬而建立了適

用於 VRV 系統之 EAC 初步計算式然而其精確度仍牽動於所輸入之

壓縮機運轉耗電曲線之基本假設值

今經由第(3)項工作項目建立了實際全尺度實驗之運轉數據可

再行重新輸入於 DOE21 程式中以進行疊代(Iteration)修正而獲致

極高之準確度且此計算式之核心項目將為源自於本土氣象條件下

之全尺度實驗數據而來形成高精確度之實驗模式(Experimental

Model)於實際工程應用上更可靠

(5)新 EAC 計算式應用於綠建築日常節能指標 VRV 系統送審案件之

適配性分析

此項工作主要在將新建立之EAC公式實際嘗試從用於相關VRV

系統送審件中進行試用並且詳細評估其適配性是否可較精細的區

分出 VRV 系統之節能效益並進一步進行必要之修改直至完成 EAC

計算式

16

1-3 文獻回顧

由於台灣之地理位置為偏處於東南亞熱帶與亞熱帶交界處的地

方但 VRV 空調系統之技術乃是由日本與韓國等先進國家引進日

本與韓國處於較高緯度之地段VRV 空調系統在台灣的性能及評估

方式勢必會因天氣及氣候等因素而有所不同故本文將以此為出發

點以台灣本土之溼熱海島型的環境對 VRV 空調系統做一系列之

測試並將原本適用於定頻系統之評估方式測試其是否適用於變頻

冷媒系統之主機

目前國內與國外已有為數不少的人專注於 VRV 空調系統的研

究如中國大陸清華大學建築技術科學系的邵雙全石文星彥啟森

等人都已做了許多文獻而國內則是有林憲德教授及楊冠雄教授

進行一連串的建築外殼節能與綠建築空調節能等的研究本文將參考

內政部建築研究所ldquo綠建築解說與評估手冊rdquo進行一般市面上的定頻

空調系統與變頻空調系統之間的性能比對並針對變頻空調系統建立

評估公式

17

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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86

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驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

表目錄

表 2-1 冷房負荷的構成與代號 19

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB之冷氣能力選擇機表25

表 2-3 室外機選機表 26

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數 27

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB之冷氣能力與耗電量27

表 3-1 A機型性能函數的各項係數 36

表 3-2 B機型性能函數的各項係數 39

表 3-3 C機型各係數數據資料 41

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki 52

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值 52

表 4-3 模擬外殼變數與ENVLOAD值53

表 4-4 室內負荷設定 54

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料 56

表 4-6 PEAK公式回歸係數59

表 4-7 PEAK公式迴歸係數59

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果 63

表 4-9 負載的加權係數比重 65

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci 70

V

表 5-2 PEAK公式迴歸係數abc 70

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明 72

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明 72

表 5-5 照明空面積設計表 73

表 5-6 照明設備數量表 73

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

77

表 5-8 ABC機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量

(kW) 79

VI

摘要

關鍵字變冷媒空調系統空調耗能評估指標總部份負載效率

熱源節能效率α4

變冷媒VRV空調系統在空調分類上雖不屬於中央空調型但其

多聯式系統與智慧型控制系統功能與傳統的中央空調系統幾乎無差

別若使用原先之中央空調系統評估方式評定VRV系統可能造成不適

用是故有修正EAC公式以符合實際情況之需要

VRV 空調系統是組合式主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數經研究發現於主機超量設計後一般之定頻系統的耗電量

會有隨之些微上升的趨勢不過並非是倍數的關係而於 VRV 系統

主機超量設計前後之耗電量是差不多的對於分離式系統而言EAC

並非隨 HSC 成比例增加

主機側節能效率值α4能由實際不同空調系統節能效率之優劣決

定不應是直接認定其α4值為 02本研究藉由空調系統之總部份負

載效率IPLV與主機效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系

統α4值

由於VRV系統無冰水泵逕行採用送水系統之節能α12=02 將有失

此系統之無冰水泵的特性也可能導致EAC評估相當程度之誤差根

據本研究分析空調系統室內機與室外機之耗電量得知室外機與室內

機各佔全系統耗電量之 90與 10故重新修正無冰水的分離式或

VRV系統項目的加權比重為 90送風機加權比重應為 10

VII

根據研究結果本研究建立的 VRV 空調系統節能效率 EAC 的評估

方式透過運用本研究建立的評估方式下即使是使用優良之 VRV

系統也難以通過評估但是運用本研究所建立之評估方式則可以突顯

優良系統的節能效率也可以將較差的系統分辨出來而使其 EAC

評估不過關對於要逃避而使用定頻系統之案件也能再嚴格把關

VIII

ABSTRACT

Keywords VRV EAC IPLV energy saving factor α4

In Green Building Evaluation Indexes the EAC has been adapted as

the central HVAC system energy consumption criteria has been assigned

an energy saving factorα4 of 02 despite of the actual power consumption

variations existed among various system

In this study the PILV values of specific VRV systems were utilized

so that actual energy-saving factor α4 can be evaluated Furthermore

being lack of the chilled water distribution system the weighting of

power consumption percentages of a VRV system has also been changed

into 09 vs 01 for the outdoor and indoor units respectively

The methodology established in this study has been justified by suing

the actual VRV projects under commercial operations which can

successfully discriminate different energy efficiencies among various

systems

IX

第一章 緒論

1-1 緣起與目的

變冷媒 VRV（Variable Refrigerant Volume）流量空調系統之應用

於近年來以大量普及化由於兼顧節能模組化低噪音及良好的

熱舒適等優點於中小型建築及住宅等家用空調之市場佔有率急遽攀

升之趨勢據估計於近十年內將取代一般窗型冷氣機而成為市場之

主流其功能與傳統的中央空調系統幾乎無差別而 VRV 空調主機

省能之原理即是在冷氣運轉的過程中當溫度達設定值plusmn1 度時壓

縮機就會自動調整頻率(變頻)讓它在較低負載的狀況下運作而不是

完全的停止主機運作而定頻冷氣機是在達溫度設定後會停止壓縮機

運作雖然停止比運作省電不過馬達或是壓縮機在停止而再次啟動

的時候其啟動的瞬間是最耗電的所以利用這原理讓變頻式冷氣機

的設計加入冷氣壓縮機運作便可達到大幅節省能源的功效目前我

們所知道市面上的冷氣其省電效果DC 直流變頻gtAC 直流變頻gt

定頻主要是因為馬達磁控式的設計是透過電流或功率調整可以改

變轉速(也就是頻率不同)

變頻空調冷氣機有著1夜間通常有溫差變頻的持溫效果較好

2 不會有壓縮機突然啟動的大噪音3節省電源顧可節省支出傳

統之中央空調系統節能方式皆於「冰水側」或 「空氣側」進行冰水

量或空氣量之變更即為 VWV 或 VAV 系統而 VRV 系統則直接經

由變頻器來改變冷媒流量形成獨特的「主機側」之空調節能技術

具備良好的耗能節約之潛力然而此方向之實際節省效果尚缺乏詳

細之數量化評估另一方面由於 VRV 一般採用氣冷式主機其運

轉性能與當地本土之氣候有顯著相關

10

1-2 研究方法與步驟

由綠建築解說與評估手冊可知對於法定中央空調型建築物的

EAC 評估方法是採用 HDC(熱源容量密度及 COP 法 Heat Source

Capacity Density amp COP Method)來規範即是以 1防止主機超量設

計 2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術三項因子之加權評估法

來進行其所建立的合格判斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (1-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (1-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (1-3)

其中

HSC主機容量效率

ACs空調主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc空調主機最大供應面積(m2USRT)

Sf 備載容量安全係數取 08

γ該空調系統分區之外周區係數

ENVLOAD辦公建築物外殼耗能量[Wh m2-flyear]

Ai空調區窗面部位面積[m2]

Ki開窗之外遮陽係數

ηi 玻璃日射透過率

IHkii窗面部位當在地k方位外殼之冷房日射時[Wh m2-flyear]

Aen建築外殼總面積[m2]

a0常數(m2RT)

a1a2迴歸係數

11

ab迴歸係數常數

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (1-4)

Rs =10 －Σ(αj times rj) (1-5)

Rf =10 － α10 times r10 (1-6)

Rp =10 －Σ(αj times rj) (1-7)

Rm =10－Σβk (1-8)

其中

HSC主機容量效率

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準

Rs熱源節能效率

Rp送冰水系統節能效率

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

α11～α12 =空調節能技術效率標準

β1~β14 =其他總系統節能技術效率標準

r1~r12 =空調節能技術採用率

根據綠建築評估手冊有關VRV空調系統的特殊節能係數有(1)

變冷媒VRV熱源α4=02(2)變冷媒量VRV系統因無送水泵故以熱源

與送水系統之節能α12=02 視之所以根據以上所訂定之係數所計算

出的熱源節能效率Rs值與送(冰)水節能效率Rp值如下

12

熱源節能效率Rs = 10－Σ(α4 times rj)=10－02=08

送(冰)水節能效率Rp=10 －Σ(α12 times rj)=10－02=08

一般VRV的室內機會搭配自動分段變速送風所以α10=04

送風節能效率Rf =10－Σ(α10timesrj)=10－04=06

因此對於採用COPc=COPp的VRV系統而言EAC公式可以進一步

簡化為

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (1-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設

研究之進行採取理論分析與實驗印證並重並行之方式其研究流

程如圖 1-1 所示主要工作內容如下所述

13

研究開始

1VRV 變頻式空調與傳統式定頻

空調之節約能原理比對分析

2建立適用於 VRV 系統於綠建築日常

節能指標 EAC 應用上之計算公式

3VRV系統部份負載曲線之建

立與全尺度實驗印證

4經實驗模式修正之 EAC 計

算式之建立

研究完成

5新 EAC 計算式應用於綠建築

日常節能指標 VRV 系統之一

般市面上冷氣適用與否

圖 1-1 研究流程

14

(1)VRV 變頻式空調與傳統式定頻空調之節約能源原理比對分析

目前我國 VRV 空調之發展主流以日系及韓系產品系列為大

宗其主要節能技術之設計理念為於空調負載狀態下經由冷媒壓縮

機變頻降載而達到節約能源之目標

(2)建立適用於 VRV 系統於綠建築日常節能指標 EAC 應用上之計算

公式

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分列為空調主機(壓縮機)冰水

泵及風機且各配以 6020及 20之權重然而對於 VRV 系

統而言冰水泵並不存在因此整個 EAC 計算之原始配比已失真

所採用之變頻技術亦因廠商而異其後續之計算結果便很難顯現出其

差異性更遑論原始計算式一致性的以常數認定誤差更大原計算

式在早期 VRV 單機變頻與傳統式單機定頻空調之比對上有其環境

與時空背景上之存在意義與貢獻目前市場上已隨著 VRV 系統愈發

中型化與多機化此計算式也適逢修正之良機

本項工作將藉由 DOE21 程式進行大量系統化之電腦模擬以經

由曲線趨合(Curve-fitting)做為於綠建築日常節能指標運用及相關審

查工作上之重要工具

(3)VRV 系統部份負載曲線之建立與全尺度實驗印證

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀況

下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之主要

設計與研發之市場競爭力所在

15

本項工作將藉由選取正商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為我國本在氣象條件下之實際運轉數據深

具參考價值

(4)經實驗模式修正之 EAC 計算式之建立

上述第(2)項工作項目中雖已經由 DOE21 電腦模擬而建立了適

用於 VRV 系統之 EAC 初步計算式然而其精確度仍牽動於所輸入之

壓縮機運轉耗電曲線之基本假設值

今經由第(3)項工作項目建立了實際全尺度實驗之運轉數據可

再行重新輸入於 DOE21 程式中以進行疊代(Iteration)修正而獲致

極高之準確度且此計算式之核心項目將為源自於本土氣象條件下

之全尺度實驗數據而來形成高精確度之實驗模式(Experimental

Model)於實際工程應用上更可靠

(5)新 EAC 計算式應用於綠建築日常節能指標 VRV 系統送審案件之

適配性分析

此項工作主要在將新建立之EAC公式實際嘗試從用於相關VRV

系統送審件中進行試用並且詳細評估其適配性是否可較精細的區

分出 VRV 系統之節能效益並進一步進行必要之修改直至完成 EAC

計算式

16

1-3 文獻回顧

由於台灣之地理位置為偏處於東南亞熱帶與亞熱帶交界處的地

方但 VRV 空調系統之技術乃是由日本與韓國等先進國家引進日

本與韓國處於較高緯度之地段VRV 空調系統在台灣的性能及評估

方式勢必會因天氣及氣候等因素而有所不同故本文將以此為出發

點以台灣本土之溼熱海島型的環境對 VRV 空調系統做一系列之

測試並將原本適用於定頻系統之評估方式測試其是否適用於變頻

冷媒系統之主機

目前國內與國外已有為數不少的人專注於 VRV 空調系統的研

究如中國大陸清華大學建築技術科學系的邵雙全石文星彥啟森

等人都已做了許多文獻而國內則是有林憲德教授及楊冠雄教授

進行一連串的建築外殼節能與綠建築空調節能等的研究本文將參考

內政部建築研究所ldquo綠建築解說與評估手冊rdquo進行一般市面上的定頻

空調系統與變頻空調系統之間的性能比對並針對變頻空調系統建立

評估公式

17

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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86

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年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

表 5-2 PEAK公式迴歸係數abc 70

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明 72

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明 72

表 5-5 照明空面積設計表 73

表 5-6 照明設備數量表 73

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

77

表 5-8 ABC機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量

(kW) 79

VI

摘要

關鍵字變冷媒空調系統空調耗能評估指標總部份負載效率

熱源節能效率α4

變冷媒VRV空調系統在空調分類上雖不屬於中央空調型但其

多聯式系統與智慧型控制系統功能與傳統的中央空調系統幾乎無差

別若使用原先之中央空調系統評估方式評定VRV系統可能造成不適

用是故有修正EAC公式以符合實際情況之需要

VRV 空調系統是組合式主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數經研究發現於主機超量設計後一般之定頻系統的耗電量

會有隨之些微上升的趨勢不過並非是倍數的關係而於 VRV 系統

主機超量設計前後之耗電量是差不多的對於分離式系統而言EAC

並非隨 HSC 成比例增加

主機側節能效率值α4能由實際不同空調系統節能效率之優劣決

定不應是直接認定其α4值為 02本研究藉由空調系統之總部份負

載效率IPLV與主機效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系

統α4值

由於VRV系統無冰水泵逕行採用送水系統之節能α12=02 將有失

此系統之無冰水泵的特性也可能導致EAC評估相當程度之誤差根

據本研究分析空調系統室內機與室外機之耗電量得知室外機與室內

機各佔全系統耗電量之 90與 10故重新修正無冰水的分離式或

VRV系統項目的加權比重為 90送風機加權比重應為 10

VII

根據研究結果本研究建立的 VRV 空調系統節能效率 EAC 的評估

方式透過運用本研究建立的評估方式下即使是使用優良之 VRV

系統也難以通過評估但是運用本研究所建立之評估方式則可以突顯

優良系統的節能效率也可以將較差的系統分辨出來而使其 EAC

評估不過關對於要逃避而使用定頻系統之案件也能再嚴格把關

VIII

ABSTRACT

Keywords VRV EAC IPLV energy saving factor α4

In Green Building Evaluation Indexes the EAC has been adapted as

the central HVAC system energy consumption criteria has been assigned

an energy saving factorα4 of 02 despite of the actual power consumption

variations existed among various system

In this study the PILV values of specific VRV systems were utilized

so that actual energy-saving factor α4 can be evaluated Furthermore

being lack of the chilled water distribution system the weighting of

power consumption percentages of a VRV system has also been changed

into 09 vs 01 for the outdoor and indoor units respectively

The methodology established in this study has been justified by suing

the actual VRV projects under commercial operations which can

successfully discriminate different energy efficiencies among various

systems

IX

第一章 緒論

1-1 緣起與目的

變冷媒 VRV（Variable Refrigerant Volume）流量空調系統之應用

於近年來以大量普及化由於兼顧節能模組化低噪音及良好的

熱舒適等優點於中小型建築及住宅等家用空調之市場佔有率急遽攀

升之趨勢據估計於近十年內將取代一般窗型冷氣機而成為市場之

主流其功能與傳統的中央空調系統幾乎無差別而 VRV 空調主機

省能之原理即是在冷氣運轉的過程中當溫度達設定值plusmn1 度時壓

縮機就會自動調整頻率(變頻)讓它在較低負載的狀況下運作而不是

完全的停止主機運作而定頻冷氣機是在達溫度設定後會停止壓縮機

運作雖然停止比運作省電不過馬達或是壓縮機在停止而再次啟動

的時候其啟動的瞬間是最耗電的所以利用這原理讓變頻式冷氣機

的設計加入冷氣壓縮機運作便可達到大幅節省能源的功效目前我

們所知道市面上的冷氣其省電效果DC 直流變頻gtAC 直流變頻gt

定頻主要是因為馬達磁控式的設計是透過電流或功率調整可以改

變轉速(也就是頻率不同)

變頻空調冷氣機有著1夜間通常有溫差變頻的持溫效果較好

2 不會有壓縮機突然啟動的大噪音3節省電源顧可節省支出傳

統之中央空調系統節能方式皆於「冰水側」或 「空氣側」進行冰水

量或空氣量之變更即為 VWV 或 VAV 系統而 VRV 系統則直接經

由變頻器來改變冷媒流量形成獨特的「主機側」之空調節能技術

具備良好的耗能節約之潛力然而此方向之實際節省效果尚缺乏詳

細之數量化評估另一方面由於 VRV 一般採用氣冷式主機其運

轉性能與當地本土之氣候有顯著相關

10

1-2 研究方法與步驟

由綠建築解說與評估手冊可知對於法定中央空調型建築物的

EAC 評估方法是採用 HDC(熱源容量密度及 COP 法 Heat Source

Capacity Density amp COP Method)來規範即是以 1防止主機超量設

計 2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術三項因子之加權評估法

來進行其所建立的合格判斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (1-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (1-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (1-3)

其中

HSC主機容量效率

ACs空調主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc空調主機最大供應面積(m2USRT)

Sf 備載容量安全係數取 08

γ該空調系統分區之外周區係數

ENVLOAD辦公建築物外殼耗能量[Wh m2-flyear]

Ai空調區窗面部位面積[m2]

Ki開窗之外遮陽係數

ηi 玻璃日射透過率

IHkii窗面部位當在地k方位外殼之冷房日射時[Wh m2-flyear]

Aen建築外殼總面積[m2]

a0常數(m2RT)

a1a2迴歸係數

11

ab迴歸係數常數

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (1-4)

Rs =10 －Σ(αj times rj) (1-5)

Rf =10 － α10 times r10 (1-6)

Rp =10 －Σ(αj times rj) (1-7)

Rm =10－Σβk (1-8)

其中

HSC主機容量效率

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準

Rs熱源節能效率

Rp送冰水系統節能效率

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

α11～α12 =空調節能技術效率標準

β1~β14 =其他總系統節能技術效率標準

r1~r12 =空調節能技術採用率

根據綠建築評估手冊有關VRV空調系統的特殊節能係數有(1)

變冷媒VRV熱源α4=02(2)變冷媒量VRV系統因無送水泵故以熱源

與送水系統之節能α12=02 視之所以根據以上所訂定之係數所計算

出的熱源節能效率Rs值與送(冰)水節能效率Rp值如下

12

熱源節能效率Rs = 10－Σ(α4 times rj)=10－02=08

送(冰)水節能效率Rp=10 －Σ(α12 times rj)=10－02=08

一般VRV的室內機會搭配自動分段變速送風所以α10=04

送風節能效率Rf =10－Σ(α10timesrj)=10－04=06

因此對於採用COPc=COPp的VRV系統而言EAC公式可以進一步

簡化為

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (1-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設

研究之進行採取理論分析與實驗印證並重並行之方式其研究流

程如圖 1-1 所示主要工作內容如下所述

13

研究開始

1VRV 變頻式空調與傳統式定頻

空調之節約能原理比對分析

2建立適用於 VRV 系統於綠建築日常

節能指標 EAC 應用上之計算公式

3VRV系統部份負載曲線之建

立與全尺度實驗印證

4經實驗模式修正之 EAC 計

算式之建立

研究完成

5新 EAC 計算式應用於綠建築

日常節能指標 VRV 系統之一

般市面上冷氣適用與否

圖 1-1 研究流程

14

(1)VRV 變頻式空調與傳統式定頻空調之節約能源原理比對分析

目前我國 VRV 空調之發展主流以日系及韓系產品系列為大

宗其主要節能技術之設計理念為於空調負載狀態下經由冷媒壓縮

機變頻降載而達到節約能源之目標

(2)建立適用於 VRV 系統於綠建築日常節能指標 EAC 應用上之計算

公式

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分列為空調主機(壓縮機)冰水

泵及風機且各配以 6020及 20之權重然而對於 VRV 系

統而言冰水泵並不存在因此整個 EAC 計算之原始配比已失真

所採用之變頻技術亦因廠商而異其後續之計算結果便很難顯現出其

差異性更遑論原始計算式一致性的以常數認定誤差更大原計算

式在早期 VRV 單機變頻與傳統式單機定頻空調之比對上有其環境

與時空背景上之存在意義與貢獻目前市場上已隨著 VRV 系統愈發

中型化與多機化此計算式也適逢修正之良機

本項工作將藉由 DOE21 程式進行大量系統化之電腦模擬以經

由曲線趨合(Curve-fitting)做為於綠建築日常節能指標運用及相關審

查工作上之重要工具

(3)VRV 系統部份負載曲線之建立與全尺度實驗印證

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀況

下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之主要

設計與研發之市場競爭力所在

15

本項工作將藉由選取正商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為我國本在氣象條件下之實際運轉數據深

具參考價值

(4)經實驗模式修正之 EAC 計算式之建立

上述第(2)項工作項目中雖已經由 DOE21 電腦模擬而建立了適

用於 VRV 系統之 EAC 初步計算式然而其精確度仍牽動於所輸入之

壓縮機運轉耗電曲線之基本假設值

今經由第(3)項工作項目建立了實際全尺度實驗之運轉數據可

再行重新輸入於 DOE21 程式中以進行疊代(Iteration)修正而獲致

極高之準確度且此計算式之核心項目將為源自於本土氣象條件下

之全尺度實驗數據而來形成高精確度之實驗模式(Experimental

Model)於實際工程應用上更可靠

(5)新 EAC 計算式應用於綠建築日常節能指標 VRV 系統送審案件之

適配性分析

此項工作主要在將新建立之EAC公式實際嘗試從用於相關VRV

系統送審件中進行試用並且詳細評估其適配性是否可較精細的區

分出 VRV 系統之節能效益並進一步進行必要之修改直至完成 EAC

計算式

16

1-3 文獻回顧

由於台灣之地理位置為偏處於東南亞熱帶與亞熱帶交界處的地

方但 VRV 空調系統之技術乃是由日本與韓國等先進國家引進日

本與韓國處於較高緯度之地段VRV 空調系統在台灣的性能及評估

方式勢必會因天氣及氣候等因素而有所不同故本文將以此為出發

點以台灣本土之溼熱海島型的環境對 VRV 空調系統做一系列之

測試並將原本適用於定頻系統之評估方式測試其是否適用於變頻

冷媒系統之主機

目前國內與國外已有為數不少的人專注於 VRV 空調系統的研

究如中國大陸清華大學建築技術科學系的邵雙全石文星彥啟森

等人都已做了許多文獻而國內則是有林憲德教授及楊冠雄教授

進行一連串的建築外殼節能與綠建築空調節能等的研究本文將參考

內政部建築研究所ldquo綠建築解說與評估手冊rdquo進行一般市面上的定頻

空調系統與變頻空調系統之間的性能比對並針對變頻空調系統建立

評估公式

17

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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86

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16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

摘要

關鍵字變冷媒空調系統空調耗能評估指標總部份負載效率

熱源節能效率α4

變冷媒VRV空調系統在空調分類上雖不屬於中央空調型但其

多聯式系統與智慧型控制系統功能與傳統的中央空調系統幾乎無差

別若使用原先之中央空調系統評估方式評定VRV系統可能造成不適

用是故有修正EAC公式以符合實際情況之需要

VRV 空調系統是組合式主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數經研究發現於主機超量設計後一般之定頻系統的耗電量

會有隨之些微上升的趨勢不過並非是倍數的關係而於 VRV 系統

主機超量設計前後之耗電量是差不多的對於分離式系統而言EAC

並非隨 HSC 成比例增加

主機側節能效率值α4能由實際不同空調系統節能效率之優劣決

定不應是直接認定其α4值為 02本研究藉由空調系統之總部份負

載效率IPLV與主機效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系

統α4值

由於VRV系統無冰水泵逕行採用送水系統之節能α12=02 將有失

此系統之無冰水泵的特性也可能導致EAC評估相當程度之誤差根

據本研究分析空調系統室內機與室外機之耗電量得知室外機與室內

機各佔全系統耗電量之 90與 10故重新修正無冰水的分離式或

VRV系統項目的加權比重為 90送風機加權比重應為 10

VII

根據研究結果本研究建立的 VRV 空調系統節能效率 EAC 的評估

方式透過運用本研究建立的評估方式下即使是使用優良之 VRV

系統也難以通過評估但是運用本研究所建立之評估方式則可以突顯

優良系統的節能效率也可以將較差的系統分辨出來而使其 EAC

評估不過關對於要逃避而使用定頻系統之案件也能再嚴格把關

VIII

ABSTRACT

Keywords VRV EAC IPLV energy saving factor α4

In Green Building Evaluation Indexes the EAC has been adapted as

the central HVAC system energy consumption criteria has been assigned

an energy saving factorα4 of 02 despite of the actual power consumption

variations existed among various system

In this study the PILV values of specific VRV systems were utilized

so that actual energy-saving factor α4 can be evaluated Furthermore

being lack of the chilled water distribution system the weighting of

power consumption percentages of a VRV system has also been changed

into 09 vs 01 for the outdoor and indoor units respectively

The methodology established in this study has been justified by suing

the actual VRV projects under commercial operations which can

successfully discriminate different energy efficiencies among various

systems

IX

第一章 緒論

1-1 緣起與目的

變冷媒 VRV（Variable Refrigerant Volume）流量空調系統之應用

於近年來以大量普及化由於兼顧節能模組化低噪音及良好的

熱舒適等優點於中小型建築及住宅等家用空調之市場佔有率急遽攀

升之趨勢據估計於近十年內將取代一般窗型冷氣機而成為市場之

主流其功能與傳統的中央空調系統幾乎無差別而 VRV 空調主機

省能之原理即是在冷氣運轉的過程中當溫度達設定值plusmn1 度時壓

縮機就會自動調整頻率(變頻)讓它在較低負載的狀況下運作而不是

完全的停止主機運作而定頻冷氣機是在達溫度設定後會停止壓縮機

運作雖然停止比運作省電不過馬達或是壓縮機在停止而再次啟動

的時候其啟動的瞬間是最耗電的所以利用這原理讓變頻式冷氣機

的設計加入冷氣壓縮機運作便可達到大幅節省能源的功效目前我

們所知道市面上的冷氣其省電效果DC 直流變頻gtAC 直流變頻gt

定頻主要是因為馬達磁控式的設計是透過電流或功率調整可以改

變轉速(也就是頻率不同)

變頻空調冷氣機有著1夜間通常有溫差變頻的持溫效果較好

2 不會有壓縮機突然啟動的大噪音3節省電源顧可節省支出傳

統之中央空調系統節能方式皆於「冰水側」或 「空氣側」進行冰水

量或空氣量之變更即為 VWV 或 VAV 系統而 VRV 系統則直接經

由變頻器來改變冷媒流量形成獨特的「主機側」之空調節能技術

具備良好的耗能節約之潛力然而此方向之實際節省效果尚缺乏詳

細之數量化評估另一方面由於 VRV 一般採用氣冷式主機其運

轉性能與當地本土之氣候有顯著相關

10

1-2 研究方法與步驟

由綠建築解說與評估手冊可知對於法定中央空調型建築物的

EAC 評估方法是採用 HDC(熱源容量密度及 COP 法 Heat Source

Capacity Density amp COP Method)來規範即是以 1防止主機超量設

計 2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術三項因子之加權評估法

來進行其所建立的合格判斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (1-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (1-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (1-3)

其中

HSC主機容量效率

ACs空調主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc空調主機最大供應面積(m2USRT)

Sf 備載容量安全係數取 08

γ該空調系統分區之外周區係數

ENVLOAD辦公建築物外殼耗能量[Wh m2-flyear]

Ai空調區窗面部位面積[m2]

Ki開窗之外遮陽係數

ηi 玻璃日射透過率

IHkii窗面部位當在地k方位外殼之冷房日射時[Wh m2-flyear]

Aen建築外殼總面積[m2]

a0常數(m2RT)

a1a2迴歸係數

11

ab迴歸係數常數

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (1-4)

Rs =10 －Σ(αj times rj) (1-5)

Rf =10 － α10 times r10 (1-6)

Rp =10 －Σ(αj times rj) (1-7)

Rm =10－Σβk (1-8)

其中

HSC主機容量效率

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準

Rs熱源節能效率

Rp送冰水系統節能效率

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

α11～α12 =空調節能技術效率標準

β1~β14 =其他總系統節能技術效率標準

r1~r12 =空調節能技術採用率

根據綠建築評估手冊有關VRV空調系統的特殊節能係數有(1)

變冷媒VRV熱源α4=02(2)變冷媒量VRV系統因無送水泵故以熱源

與送水系統之節能α12=02 視之所以根據以上所訂定之係數所計算

出的熱源節能效率Rs值與送(冰)水節能效率Rp值如下

12

熱源節能效率Rs = 10－Σ(α4 times rj)=10－02=08

送(冰)水節能效率Rp=10 －Σ(α12 times rj)=10－02=08

一般VRV的室內機會搭配自動分段變速送風所以α10=04

送風節能效率Rf =10－Σ(α10timesrj)=10－04=06

因此對於採用COPc=COPp的VRV系統而言EAC公式可以進一步

簡化為

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (1-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設

研究之進行採取理論分析與實驗印證並重並行之方式其研究流

程如圖 1-1 所示主要工作內容如下所述

13

研究開始

1VRV 變頻式空調與傳統式定頻

空調之節約能原理比對分析

2建立適用於 VRV 系統於綠建築日常

節能指標 EAC 應用上之計算公式

3VRV系統部份負載曲線之建

立與全尺度實驗印證

4經實驗模式修正之 EAC 計

算式之建立

研究完成

5新 EAC 計算式應用於綠建築

日常節能指標 VRV 系統之一

般市面上冷氣適用與否

圖 1-1 研究流程

14

(1)VRV 變頻式空調與傳統式定頻空調之節約能源原理比對分析

目前我國 VRV 空調之發展主流以日系及韓系產品系列為大

宗其主要節能技術之設計理念為於空調負載狀態下經由冷媒壓縮

機變頻降載而達到節約能源之目標

(2)建立適用於 VRV 系統於綠建築日常節能指標 EAC 應用上之計算

公式

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分列為空調主機(壓縮機)冰水

泵及風機且各配以 6020及 20之權重然而對於 VRV 系

統而言冰水泵並不存在因此整個 EAC 計算之原始配比已失真

所採用之變頻技術亦因廠商而異其後續之計算結果便很難顯現出其

差異性更遑論原始計算式一致性的以常數認定誤差更大原計算

式在早期 VRV 單機變頻與傳統式單機定頻空調之比對上有其環境

與時空背景上之存在意義與貢獻目前市場上已隨著 VRV 系統愈發

中型化與多機化此計算式也適逢修正之良機

本項工作將藉由 DOE21 程式進行大量系統化之電腦模擬以經

由曲線趨合(Curve-fitting)做為於綠建築日常節能指標運用及相關審

查工作上之重要工具

(3)VRV 系統部份負載曲線之建立與全尺度實驗印證

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀況

下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之主要

設計與研發之市場競爭力所在

15

本項工作將藉由選取正商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為我國本在氣象條件下之實際運轉數據深

具參考價值

(4)經實驗模式修正之 EAC 計算式之建立

上述第(2)項工作項目中雖已經由 DOE21 電腦模擬而建立了適

用於 VRV 系統之 EAC 初步計算式然而其精確度仍牽動於所輸入之

壓縮機運轉耗電曲線之基本假設值

今經由第(3)項工作項目建立了實際全尺度實驗之運轉數據可

再行重新輸入於 DOE21 程式中以進行疊代(Iteration)修正而獲致

極高之準確度且此計算式之核心項目將為源自於本土氣象條件下

之全尺度實驗數據而來形成高精確度之實驗模式(Experimental

Model)於實際工程應用上更可靠

(5)新 EAC 計算式應用於綠建築日常節能指標 VRV 系統送審案件之

適配性分析

此項工作主要在將新建立之EAC公式實際嘗試從用於相關VRV

系統送審件中進行試用並且詳細評估其適配性是否可較精細的區

分出 VRV 系統之節能效益並進一步進行必要之修改直至完成 EAC

計算式

16

1-3 文獻回顧

由於台灣之地理位置為偏處於東南亞熱帶與亞熱帶交界處的地

方但 VRV 空調系統之技術乃是由日本與韓國等先進國家引進日

本與韓國處於較高緯度之地段VRV 空調系統在台灣的性能及評估

方式勢必會因天氣及氣候等因素而有所不同故本文將以此為出發

點以台灣本土之溼熱海島型的環境對 VRV 空調系統做一系列之

測試並將原本適用於定頻系統之評估方式測試其是否適用於變頻

冷媒系統之主機

目前國內與國外已有為數不少的人專注於 VRV 空調系統的研

究如中國大陸清華大學建築技術科學系的邵雙全石文星彥啟森

等人都已做了許多文獻而國內則是有林憲德教授及楊冠雄教授

進行一連串的建築外殼節能與綠建築空調節能等的研究本文將參考

內政部建築研究所ldquo綠建築解說與評估手冊rdquo進行一般市面上的定頻

空調系統與變頻空調系統之間的性能比對並針對變頻空調系統建立

評估公式

17

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

根據研究結果本研究建立的 VRV 空調系統節能效率 EAC 的評估

方式透過運用本研究建立的評估方式下即使是使用優良之 VRV

系統也難以通過評估但是運用本研究所建立之評估方式則可以突顯

優良系統的節能效率也可以將較差的系統分辨出來而使其 EAC

評估不過關對於要逃避而使用定頻系統之案件也能再嚴格把關

VIII

ABSTRACT

Keywords VRV EAC IPLV energy saving factor α4

In Green Building Evaluation Indexes the EAC has been adapted as

the central HVAC system energy consumption criteria has been assigned

an energy saving factorα4 of 02 despite of the actual power consumption

variations existed among various system

In this study the PILV values of specific VRV systems were utilized

so that actual energy-saving factor α4 can be evaluated Furthermore

being lack of the chilled water distribution system the weighting of

power consumption percentages of a VRV system has also been changed

into 09 vs 01 for the outdoor and indoor units respectively

The methodology established in this study has been justified by suing

the actual VRV projects under commercial operations which can

successfully discriminate different energy efficiencies among various

systems

IX

第一章 緒論

1-1 緣起與目的

變冷媒 VRV（Variable Refrigerant Volume）流量空調系統之應用

於近年來以大量普及化由於兼顧節能模組化低噪音及良好的

熱舒適等優點於中小型建築及住宅等家用空調之市場佔有率急遽攀

升之趨勢據估計於近十年內將取代一般窗型冷氣機而成為市場之

主流其功能與傳統的中央空調系統幾乎無差別而 VRV 空調主機

省能之原理即是在冷氣運轉的過程中當溫度達設定值plusmn1 度時壓

縮機就會自動調整頻率(變頻)讓它在較低負載的狀況下運作而不是

完全的停止主機運作而定頻冷氣機是在達溫度設定後會停止壓縮機

運作雖然停止比運作省電不過馬達或是壓縮機在停止而再次啟動

的時候其啟動的瞬間是最耗電的所以利用這原理讓變頻式冷氣機

的設計加入冷氣壓縮機運作便可達到大幅節省能源的功效目前我

們所知道市面上的冷氣其省電效果DC 直流變頻gtAC 直流變頻gt

定頻主要是因為馬達磁控式的設計是透過電流或功率調整可以改

變轉速(也就是頻率不同)

變頻空調冷氣機有著1夜間通常有溫差變頻的持溫效果較好

2 不會有壓縮機突然啟動的大噪音3節省電源顧可節省支出傳

統之中央空調系統節能方式皆於「冰水側」或 「空氣側」進行冰水

量或空氣量之變更即為 VWV 或 VAV 系統而 VRV 系統則直接經

由變頻器來改變冷媒流量形成獨特的「主機側」之空調節能技術

具備良好的耗能節約之潛力然而此方向之實際節省效果尚缺乏詳

細之數量化評估另一方面由於 VRV 一般採用氣冷式主機其運

轉性能與當地本土之氣候有顯著相關

10

1-2 研究方法與步驟

由綠建築解說與評估手冊可知對於法定中央空調型建築物的

EAC 評估方法是採用 HDC(熱源容量密度及 COP 法 Heat Source

Capacity Density amp COP Method)來規範即是以 1防止主機超量設

計 2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術三項因子之加權評估法

來進行其所建立的合格判斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (1-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (1-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (1-3)

其中

HSC主機容量效率

ACs空調主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc空調主機最大供應面積(m2USRT)

Sf 備載容量安全係數取 08

γ該空調系統分區之外周區係數

ENVLOAD辦公建築物外殼耗能量[Wh m2-flyear]

Ai空調區窗面部位面積[m2]

Ki開窗之外遮陽係數

ηi 玻璃日射透過率

IHkii窗面部位當在地k方位外殼之冷房日射時[Wh m2-flyear]

Aen建築外殼總面積[m2]

a0常數(m2RT)

a1a2迴歸係數

11

ab迴歸係數常數

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (1-4)

Rs =10 －Σ(αj times rj) (1-5)

Rf =10 － α10 times r10 (1-6)

Rp =10 －Σ(αj times rj) (1-7)

Rm =10－Σβk (1-8)

其中

HSC主機容量效率

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準

Rs熱源節能效率

Rp送冰水系統節能效率

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

α11～α12 =空調節能技術效率標準

β1~β14 =其他總系統節能技術效率標準

r1~r12 =空調節能技術採用率

根據綠建築評估手冊有關VRV空調系統的特殊節能係數有(1)

變冷媒VRV熱源α4=02(2)變冷媒量VRV系統因無送水泵故以熱源

與送水系統之節能α12=02 視之所以根據以上所訂定之係數所計算

出的熱源節能效率Rs值與送(冰)水節能效率Rp值如下

12

熱源節能效率Rs = 10－Σ(α4 times rj)=10－02=08

送(冰)水節能效率Rp=10 －Σ(α12 times rj)=10－02=08

一般VRV的室內機會搭配自動分段變速送風所以α10=04

送風節能效率Rf =10－Σ(α10timesrj)=10－04=06

因此對於採用COPc=COPp的VRV系統而言EAC公式可以進一步

簡化為

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (1-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設

研究之進行採取理論分析與實驗印證並重並行之方式其研究流

程如圖 1-1 所示主要工作內容如下所述

13

研究開始

1VRV 變頻式空調與傳統式定頻

空調之節約能原理比對分析

2建立適用於 VRV 系統於綠建築日常

節能指標 EAC 應用上之計算公式

3VRV系統部份負載曲線之建

立與全尺度實驗印證

4經實驗模式修正之 EAC 計

算式之建立

研究完成

5新 EAC 計算式應用於綠建築

日常節能指標 VRV 系統之一

般市面上冷氣適用與否

圖 1-1 研究流程

14

(1)VRV 變頻式空調與傳統式定頻空調之節約能源原理比對分析

目前我國 VRV 空調之發展主流以日系及韓系產品系列為大

宗其主要節能技術之設計理念為於空調負載狀態下經由冷媒壓縮

機變頻降載而達到節約能源之目標

(2)建立適用於 VRV 系統於綠建築日常節能指標 EAC 應用上之計算

公式

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分列為空調主機(壓縮機)冰水

泵及風機且各配以 6020及 20之權重然而對於 VRV 系

統而言冰水泵並不存在因此整個 EAC 計算之原始配比已失真

所採用之變頻技術亦因廠商而異其後續之計算結果便很難顯現出其

差異性更遑論原始計算式一致性的以常數認定誤差更大原計算

式在早期 VRV 單機變頻與傳統式單機定頻空調之比對上有其環境

與時空背景上之存在意義與貢獻目前市場上已隨著 VRV 系統愈發

中型化與多機化此計算式也適逢修正之良機

本項工作將藉由 DOE21 程式進行大量系統化之電腦模擬以經

由曲線趨合(Curve-fitting)做為於綠建築日常節能指標運用及相關審

查工作上之重要工具

(3)VRV 系統部份負載曲線之建立與全尺度實驗印證

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀況

下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之主要

設計與研發之市場競爭力所在

15

本項工作將藉由選取正商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為我國本在氣象條件下之實際運轉數據深

具參考價值

(4)經實驗模式修正之 EAC 計算式之建立

上述第(2)項工作項目中雖已經由 DOE21 電腦模擬而建立了適

用於 VRV 系統之 EAC 初步計算式然而其精確度仍牽動於所輸入之

壓縮機運轉耗電曲線之基本假設值

今經由第(3)項工作項目建立了實際全尺度實驗之運轉數據可

再行重新輸入於 DOE21 程式中以進行疊代(Iteration)修正而獲致

極高之準確度且此計算式之核心項目將為源自於本土氣象條件下

之全尺度實驗數據而來形成高精確度之實驗模式(Experimental

Model)於實際工程應用上更可靠

(5)新 EAC 計算式應用於綠建築日常節能指標 VRV 系統送審案件之

適配性分析

此項工作主要在將新建立之EAC公式實際嘗試從用於相關VRV

系統送審件中進行試用並且詳細評估其適配性是否可較精細的區

分出 VRV 系統之節能效益並進一步進行必要之修改直至完成 EAC

計算式

16

1-3 文獻回顧

由於台灣之地理位置為偏處於東南亞熱帶與亞熱帶交界處的地

方但 VRV 空調系統之技術乃是由日本與韓國等先進國家引進日

本與韓國處於較高緯度之地段VRV 空調系統在台灣的性能及評估

方式勢必會因天氣及氣候等因素而有所不同故本文將以此為出發

點以台灣本土之溼熱海島型的環境對 VRV 空調系統做一系列之

測試並將原本適用於定頻系統之評估方式測試其是否適用於變頻

冷媒系統之主機

目前國內與國外已有為數不少的人專注於 VRV 空調系統的研

究如中國大陸清華大學建築技術科學系的邵雙全石文星彥啟森

等人都已做了許多文獻而國內則是有林憲德教授及楊冠雄教授

進行一連串的建築外殼節能與綠建築空調節能等的研究本文將參考

內政部建築研究所ldquo綠建築解說與評估手冊rdquo進行一般市面上的定頻

空調系統與變頻空調系統之間的性能比對並針對變頻空調系統建立

評估公式

17

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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86

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14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

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16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

ABSTRACT

Keywords VRV EAC IPLV energy saving factor α4

In Green Building Evaluation Indexes the EAC has been adapted as

the central HVAC system energy consumption criteria has been assigned

an energy saving factorα4 of 02 despite of the actual power consumption

variations existed among various system

In this study the PILV values of specific VRV systems were utilized

so that actual energy-saving factor α4 can be evaluated Furthermore

being lack of the chilled water distribution system the weighting of

power consumption percentages of a VRV system has also been changed

into 09 vs 01 for the outdoor and indoor units respectively

The methodology established in this study has been justified by suing

the actual VRV projects under commercial operations which can

successfully discriminate different energy efficiencies among various

systems

IX

第一章 緒論

1-1 緣起與目的

變冷媒 VRV（Variable Refrigerant Volume）流量空調系統之應用

於近年來以大量普及化由於兼顧節能模組化低噪音及良好的

熱舒適等優點於中小型建築及住宅等家用空調之市場佔有率急遽攀

升之趨勢據估計於近十年內將取代一般窗型冷氣機而成為市場之

主流其功能與傳統的中央空調系統幾乎無差別而 VRV 空調主機

省能之原理即是在冷氣運轉的過程中當溫度達設定值plusmn1 度時壓

縮機就會自動調整頻率(變頻)讓它在較低負載的狀況下運作而不是

完全的停止主機運作而定頻冷氣機是在達溫度設定後會停止壓縮機

運作雖然停止比運作省電不過馬達或是壓縮機在停止而再次啟動

的時候其啟動的瞬間是最耗電的所以利用這原理讓變頻式冷氣機

的設計加入冷氣壓縮機運作便可達到大幅節省能源的功效目前我

們所知道市面上的冷氣其省電效果DC 直流變頻gtAC 直流變頻gt

定頻主要是因為馬達磁控式的設計是透過電流或功率調整可以改

變轉速(也就是頻率不同)

變頻空調冷氣機有著1夜間通常有溫差變頻的持溫效果較好

2 不會有壓縮機突然啟動的大噪音3節省電源顧可節省支出傳

統之中央空調系統節能方式皆於「冰水側」或 「空氣側」進行冰水

量或空氣量之變更即為 VWV 或 VAV 系統而 VRV 系統則直接經

由變頻器來改變冷媒流量形成獨特的「主機側」之空調節能技術

具備良好的耗能節約之潛力然而此方向之實際節省效果尚缺乏詳

細之數量化評估另一方面由於 VRV 一般採用氣冷式主機其運

轉性能與當地本土之氣候有顯著相關

10

1-2 研究方法與步驟

由綠建築解說與評估手冊可知對於法定中央空調型建築物的

EAC 評估方法是採用 HDC(熱源容量密度及 COP 法 Heat Source

Capacity Density amp COP Method)來規範即是以 1防止主機超量設

計 2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術三項因子之加權評估法

來進行其所建立的合格判斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (1-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (1-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (1-3)

其中

HSC主機容量效率

ACs空調主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc空調主機最大供應面積(m2USRT)

Sf 備載容量安全係數取 08

γ該空調系統分區之外周區係數

ENVLOAD辦公建築物外殼耗能量[Wh m2-flyear]

Ai空調區窗面部位面積[m2]

Ki開窗之外遮陽係數

ηi 玻璃日射透過率

IHkii窗面部位當在地k方位外殼之冷房日射時[Wh m2-flyear]

Aen建築外殼總面積[m2]

a0常數(m2RT)

a1a2迴歸係數

11

ab迴歸係數常數

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (1-4)

Rs =10 －Σ(αj times rj) (1-5)

Rf =10 － α10 times r10 (1-6)

Rp =10 －Σ(αj times rj) (1-7)

Rm =10－Σβk (1-8)

其中

HSC主機容量效率

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準

Rs熱源節能效率

Rp送冰水系統節能效率

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

α11～α12 =空調節能技術效率標準

β1~β14 =其他總系統節能技術效率標準

r1~r12 =空調節能技術採用率

根據綠建築評估手冊有關VRV空調系統的特殊節能係數有(1)

變冷媒VRV熱源α4=02(2)變冷媒量VRV系統因無送水泵故以熱源

與送水系統之節能α12=02 視之所以根據以上所訂定之係數所計算

出的熱源節能效率Rs值與送(冰)水節能效率Rp值如下

12

熱源節能效率Rs = 10－Σ(α4 times rj)=10－02=08

送(冰)水節能效率Rp=10 －Σ(α12 times rj)=10－02=08

一般VRV的室內機會搭配自動分段變速送風所以α10=04

送風節能效率Rf =10－Σ(α10timesrj)=10－04=06

因此對於採用COPc=COPp的VRV系統而言EAC公式可以進一步

簡化為

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (1-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設

研究之進行採取理論分析與實驗印證並重並行之方式其研究流

程如圖 1-1 所示主要工作內容如下所述

13

研究開始

1VRV 變頻式空調與傳統式定頻

空調之節約能原理比對分析

2建立適用於 VRV 系統於綠建築日常

節能指標 EAC 應用上之計算公式

3VRV系統部份負載曲線之建

立與全尺度實驗印證

4經實驗模式修正之 EAC 計

算式之建立

研究完成

5新 EAC 計算式應用於綠建築

日常節能指標 VRV 系統之一

般市面上冷氣適用與否

圖 1-1 研究流程

14

(1)VRV 變頻式空調與傳統式定頻空調之節約能源原理比對分析

目前我國 VRV 空調之發展主流以日系及韓系產品系列為大

宗其主要節能技術之設計理念為於空調負載狀態下經由冷媒壓縮

機變頻降載而達到節約能源之目標

(2)建立適用於 VRV 系統於綠建築日常節能指標 EAC 應用上之計算

公式

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分列為空調主機(壓縮機)冰水

泵及風機且各配以 6020及 20之權重然而對於 VRV 系

統而言冰水泵並不存在因此整個 EAC 計算之原始配比已失真

所採用之變頻技術亦因廠商而異其後續之計算結果便很難顯現出其

差異性更遑論原始計算式一致性的以常數認定誤差更大原計算

式在早期 VRV 單機變頻與傳統式單機定頻空調之比對上有其環境

與時空背景上之存在意義與貢獻目前市場上已隨著 VRV 系統愈發

中型化與多機化此計算式也適逢修正之良機

本項工作將藉由 DOE21 程式進行大量系統化之電腦模擬以經

由曲線趨合(Curve-fitting)做為於綠建築日常節能指標運用及相關審

查工作上之重要工具

(3)VRV 系統部份負載曲線之建立與全尺度實驗印證

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀況

下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之主要

設計與研發之市場競爭力所在

15

本項工作將藉由選取正商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為我國本在氣象條件下之實際運轉數據深

具參考價值

(4)經實驗模式修正之 EAC 計算式之建立

上述第(2)項工作項目中雖已經由 DOE21 電腦模擬而建立了適

用於 VRV 系統之 EAC 初步計算式然而其精確度仍牽動於所輸入之

壓縮機運轉耗電曲線之基本假設值

今經由第(3)項工作項目建立了實際全尺度實驗之運轉數據可

再行重新輸入於 DOE21 程式中以進行疊代(Iteration)修正而獲致

極高之準確度且此計算式之核心項目將為源自於本土氣象條件下

之全尺度實驗數據而來形成高精確度之實驗模式(Experimental

Model)於實際工程應用上更可靠

(5)新 EAC 計算式應用於綠建築日常節能指標 VRV 系統送審案件之

適配性分析

此項工作主要在將新建立之EAC公式實際嘗試從用於相關VRV

系統送審件中進行試用並且詳細評估其適配性是否可較精細的區

分出 VRV 系統之節能效益並進一步進行必要之修改直至完成 EAC

計算式

16

1-3 文獻回顧

由於台灣之地理位置為偏處於東南亞熱帶與亞熱帶交界處的地

方但 VRV 空調系統之技術乃是由日本與韓國等先進國家引進日

本與韓國處於較高緯度之地段VRV 空調系統在台灣的性能及評估

方式勢必會因天氣及氣候等因素而有所不同故本文將以此為出發

點以台灣本土之溼熱海島型的環境對 VRV 空調系統做一系列之

測試並將原本適用於定頻系統之評估方式測試其是否適用於變頻

冷媒系統之主機

目前國內與國外已有為數不少的人專注於 VRV 空調系統的研

究如中國大陸清華大學建築技術科學系的邵雙全石文星彥啟森

等人都已做了許多文獻而國內則是有林憲德教授及楊冠雄教授

進行一連串的建築外殼節能與綠建築空調節能等的研究本文將參考

內政部建築研究所ldquo綠建築解說與評估手冊rdquo進行一般市面上的定頻

空調系統與變頻空調系統之間的性能比對並針對變頻空調系統建立

評估公式

17

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

第一章 緒論

1-1 緣起與目的

變冷媒 VRV（Variable Refrigerant Volume）流量空調系統之應用

於近年來以大量普及化由於兼顧節能模組化低噪音及良好的

熱舒適等優點於中小型建築及住宅等家用空調之市場佔有率急遽攀

升之趨勢據估計於近十年內將取代一般窗型冷氣機而成為市場之

主流其功能與傳統的中央空調系統幾乎無差別而 VRV 空調主機

省能之原理即是在冷氣運轉的過程中當溫度達設定值plusmn1 度時壓

縮機就會自動調整頻率(變頻)讓它在較低負載的狀況下運作而不是

完全的停止主機運作而定頻冷氣機是在達溫度設定後會停止壓縮機

運作雖然停止比運作省電不過馬達或是壓縮機在停止而再次啟動

的時候其啟動的瞬間是最耗電的所以利用這原理讓變頻式冷氣機

的設計加入冷氣壓縮機運作便可達到大幅節省能源的功效目前我

們所知道市面上的冷氣其省電效果DC 直流變頻gtAC 直流變頻gt

定頻主要是因為馬達磁控式的設計是透過電流或功率調整可以改

變轉速(也就是頻率不同)

變頻空調冷氣機有著1夜間通常有溫差變頻的持溫效果較好

2 不會有壓縮機突然啟動的大噪音3節省電源顧可節省支出傳

統之中央空調系統節能方式皆於「冰水側」或 「空氣側」進行冰水

量或空氣量之變更即為 VWV 或 VAV 系統而 VRV 系統則直接經

由變頻器來改變冷媒流量形成獨特的「主機側」之空調節能技術

具備良好的耗能節約之潛力然而此方向之實際節省效果尚缺乏詳

細之數量化評估另一方面由於 VRV 一般採用氣冷式主機其運

轉性能與當地本土之氣候有顯著相關

10

1-2 研究方法與步驟

由綠建築解說與評估手冊可知對於法定中央空調型建築物的

EAC 評估方法是採用 HDC(熱源容量密度及 COP 法 Heat Source

Capacity Density amp COP Method)來規範即是以 1防止主機超量設

計 2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術三項因子之加權評估法

來進行其所建立的合格判斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (1-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (1-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (1-3)

其中

HSC主機容量效率

ACs空調主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc空調主機最大供應面積(m2USRT)

Sf 備載容量安全係數取 08

γ該空調系統分區之外周區係數

ENVLOAD辦公建築物外殼耗能量[Wh m2-flyear]

Ai空調區窗面部位面積[m2]

Ki開窗之外遮陽係數

ηi 玻璃日射透過率

IHkii窗面部位當在地k方位外殼之冷房日射時[Wh m2-flyear]

Aen建築外殼總面積[m2]

a0常數(m2RT)

a1a2迴歸係數

11

ab迴歸係數常數

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (1-4)

Rs =10 －Σ(αj times rj) (1-5)

Rf =10 － α10 times r10 (1-6)

Rp =10 －Σ(αj times rj) (1-7)

Rm =10－Σβk (1-8)

其中

HSC主機容量效率

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準

Rs熱源節能效率

Rp送冰水系統節能效率

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

α11～α12 =空調節能技術效率標準

β1~β14 =其他總系統節能技術效率標準

r1~r12 =空調節能技術採用率

根據綠建築評估手冊有關VRV空調系統的特殊節能係數有(1)

變冷媒VRV熱源α4=02(2)變冷媒量VRV系統因無送水泵故以熱源

與送水系統之節能α12=02 視之所以根據以上所訂定之係數所計算

出的熱源節能效率Rs值與送(冰)水節能效率Rp值如下

12

熱源節能效率Rs = 10－Σ(α4 times rj)=10－02=08

送(冰)水節能效率Rp=10 －Σ(α12 times rj)=10－02=08

一般VRV的室內機會搭配自動分段變速送風所以α10=04

送風節能效率Rf =10－Σ(α10timesrj)=10－04=06

因此對於採用COPc=COPp的VRV系統而言EAC公式可以進一步

簡化為

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (1-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設

研究之進行採取理論分析與實驗印證並重並行之方式其研究流

程如圖 1-1 所示主要工作內容如下所述

13

研究開始

1VRV 變頻式空調與傳統式定頻

空調之節約能原理比對分析

2建立適用於 VRV 系統於綠建築日常

節能指標 EAC 應用上之計算公式

3VRV系統部份負載曲線之建

立與全尺度實驗印證

4經實驗模式修正之 EAC 計

算式之建立

研究完成

5新 EAC 計算式應用於綠建築

日常節能指標 VRV 系統之一

般市面上冷氣適用與否

圖 1-1 研究流程

14

(1)VRV 變頻式空調與傳統式定頻空調之節約能源原理比對分析

目前我國 VRV 空調之發展主流以日系及韓系產品系列為大

宗其主要節能技術之設計理念為於空調負載狀態下經由冷媒壓縮

機變頻降載而達到節約能源之目標

(2)建立適用於 VRV 系統於綠建築日常節能指標 EAC 應用上之計算

公式

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分列為空調主機(壓縮機)冰水

泵及風機且各配以 6020及 20之權重然而對於 VRV 系

統而言冰水泵並不存在因此整個 EAC 計算之原始配比已失真

所採用之變頻技術亦因廠商而異其後續之計算結果便很難顯現出其

差異性更遑論原始計算式一致性的以常數認定誤差更大原計算

式在早期 VRV 單機變頻與傳統式單機定頻空調之比對上有其環境

與時空背景上之存在意義與貢獻目前市場上已隨著 VRV 系統愈發

中型化與多機化此計算式也適逢修正之良機

本項工作將藉由 DOE21 程式進行大量系統化之電腦模擬以經

由曲線趨合(Curve-fitting)做為於綠建築日常節能指標運用及相關審

查工作上之重要工具

(3)VRV 系統部份負載曲線之建立與全尺度實驗印證

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀況

下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之主要

設計與研發之市場競爭力所在

15

本項工作將藉由選取正商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為我國本在氣象條件下之實際運轉數據深

具參考價值

(4)經實驗模式修正之 EAC 計算式之建立

上述第(2)項工作項目中雖已經由 DOE21 電腦模擬而建立了適

用於 VRV 系統之 EAC 初步計算式然而其精確度仍牽動於所輸入之

壓縮機運轉耗電曲線之基本假設值

今經由第(3)項工作項目建立了實際全尺度實驗之運轉數據可

再行重新輸入於 DOE21 程式中以進行疊代(Iteration)修正而獲致

極高之準確度且此計算式之核心項目將為源自於本土氣象條件下

之全尺度實驗數據而來形成高精確度之實驗模式(Experimental

Model)於實際工程應用上更可靠

(5)新 EAC 計算式應用於綠建築日常節能指標 VRV 系統送審案件之

適配性分析

此項工作主要在將新建立之EAC公式實際嘗試從用於相關VRV

系統送審件中進行試用並且詳細評估其適配性是否可較精細的區

分出 VRV 系統之節能效益並進一步進行必要之修改直至完成 EAC

計算式

16

1-3 文獻回顧

由於台灣之地理位置為偏處於東南亞熱帶與亞熱帶交界處的地

方但 VRV 空調系統之技術乃是由日本與韓國等先進國家引進日

本與韓國處於較高緯度之地段VRV 空調系統在台灣的性能及評估

方式勢必會因天氣及氣候等因素而有所不同故本文將以此為出發

點以台灣本土之溼熱海島型的環境對 VRV 空調系統做一系列之

測試並將原本適用於定頻系統之評估方式測試其是否適用於變頻

冷媒系統之主機

目前國內與國外已有為數不少的人專注於 VRV 空調系統的研

究如中國大陸清華大學建築技術科學系的邵雙全石文星彥啟森

等人都已做了許多文獻而國內則是有林憲德教授及楊冠雄教授

進行一連串的建築外殼節能與綠建築空調節能等的研究本文將參考

內政部建築研究所ldquo綠建築解說與評估手冊rdquo進行一般市面上的定頻

空調系統與變頻空調系統之間的性能比對並針對變頻空調系統建立

評估公式

17

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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86

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15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

1-2 研究方法與步驟

由綠建築解說與評估手冊可知對於法定中央空調型建築物的

EAC 評估方法是採用 HDC(熱源容量密度及 COP 法 Heat Source

Capacity Density amp COP Method)來規範即是以 1防止主機超量設

計 2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術三項因子之加權評估法

來進行其所建立的合格判斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (1-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (1-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (1-3)

其中

HSC主機容量效率

ACs空調主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc空調主機最大供應面積(m2USRT)

Sf 備載容量安全係數取 08

γ該空調系統分區之外周區係數

ENVLOAD辦公建築物外殼耗能量[Wh m2-flyear]

Ai空調區窗面部位面積[m2]

Ki開窗之外遮陽係數

ηi 玻璃日射透過率

IHkii窗面部位當在地k方位外殼之冷房日射時[Wh m2-flyear]

Aen建築外殼總面積[m2]

a0常數(m2RT)

a1a2迴歸係數

11

ab迴歸係數常數

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (1-4)

Rs =10 －Σ(αj times rj) (1-5)

Rf =10 － α10 times r10 (1-6)

Rp =10 －Σ(αj times rj) (1-7)

Rm =10－Σβk (1-8)

其中

HSC主機容量效率

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準

Rs熱源節能效率

Rp送冰水系統節能效率

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

α11～α12 =空調節能技術效率標準

β1~β14 =其他總系統節能技術效率標準

r1~r12 =空調節能技術採用率

根據綠建築評估手冊有關VRV空調系統的特殊節能係數有(1)

變冷媒VRV熱源α4=02(2)變冷媒量VRV系統因無送水泵故以熱源

與送水系統之節能α12=02 視之所以根據以上所訂定之係數所計算

出的熱源節能效率Rs值與送(冰)水節能效率Rp值如下

12

熱源節能效率Rs = 10－Σ(α4 times rj)=10－02=08

送(冰)水節能效率Rp=10 －Σ(α12 times rj)=10－02=08

一般VRV的室內機會搭配自動分段變速送風所以α10=04

送風節能效率Rf =10－Σ(α10timesrj)=10－04=06

因此對於採用COPc=COPp的VRV系統而言EAC公式可以進一步

簡化為

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (1-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設

研究之進行採取理論分析與實驗印證並重並行之方式其研究流

程如圖 1-1 所示主要工作內容如下所述

13

研究開始

1VRV 變頻式空調與傳統式定頻

空調之節約能原理比對分析

2建立適用於 VRV 系統於綠建築日常

節能指標 EAC 應用上之計算公式

3VRV系統部份負載曲線之建

立與全尺度實驗印證

4經實驗模式修正之 EAC 計

算式之建立

研究完成

5新 EAC 計算式應用於綠建築

日常節能指標 VRV 系統之一

般市面上冷氣適用與否

圖 1-1 研究流程

14

(1)VRV 變頻式空調與傳統式定頻空調之節約能源原理比對分析

目前我國 VRV 空調之發展主流以日系及韓系產品系列為大

宗其主要節能技術之設計理念為於空調負載狀態下經由冷媒壓縮

機變頻降載而達到節約能源之目標

(2)建立適用於 VRV 系統於綠建築日常節能指標 EAC 應用上之計算

公式

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分列為空調主機(壓縮機)冰水

泵及風機且各配以 6020及 20之權重然而對於 VRV 系

統而言冰水泵並不存在因此整個 EAC 計算之原始配比已失真

所採用之變頻技術亦因廠商而異其後續之計算結果便很難顯現出其

差異性更遑論原始計算式一致性的以常數認定誤差更大原計算

式在早期 VRV 單機變頻與傳統式單機定頻空調之比對上有其環境

與時空背景上之存在意義與貢獻目前市場上已隨著 VRV 系統愈發

中型化與多機化此計算式也適逢修正之良機

本項工作將藉由 DOE21 程式進行大量系統化之電腦模擬以經

由曲線趨合(Curve-fitting)做為於綠建築日常節能指標運用及相關審

查工作上之重要工具

(3)VRV 系統部份負載曲線之建立與全尺度實驗印證

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀況

下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之主要

設計與研發之市場競爭力所在

15

本項工作將藉由選取正商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為我國本在氣象條件下之實際運轉數據深

具參考價值

(4)經實驗模式修正之 EAC 計算式之建立

上述第(2)項工作項目中雖已經由 DOE21 電腦模擬而建立了適

用於 VRV 系統之 EAC 初步計算式然而其精確度仍牽動於所輸入之

壓縮機運轉耗電曲線之基本假設值

今經由第(3)項工作項目建立了實際全尺度實驗之運轉數據可

再行重新輸入於 DOE21 程式中以進行疊代(Iteration)修正而獲致

極高之準確度且此計算式之核心項目將為源自於本土氣象條件下

之全尺度實驗數據而來形成高精確度之實驗模式(Experimental

Model)於實際工程應用上更可靠

(5)新 EAC 計算式應用於綠建築日常節能指標 VRV 系統送審案件之

適配性分析

此項工作主要在將新建立之EAC公式實際嘗試從用於相關VRV

系統送審件中進行試用並且詳細評估其適配性是否可較精細的區

分出 VRV 系統之節能效益並進一步進行必要之修改直至完成 EAC

計算式

16

1-3 文獻回顧

由於台灣之地理位置為偏處於東南亞熱帶與亞熱帶交界處的地

方但 VRV 空調系統之技術乃是由日本與韓國等先進國家引進日

本與韓國處於較高緯度之地段VRV 空調系統在台灣的性能及評估

方式勢必會因天氣及氣候等因素而有所不同故本文將以此為出發

點以台灣本土之溼熱海島型的環境對 VRV 空調系統做一系列之

測試並將原本適用於定頻系統之評估方式測試其是否適用於變頻

冷媒系統之主機

目前國內與國外已有為數不少的人專注於 VRV 空調系統的研

究如中國大陸清華大學建築技術科學系的邵雙全石文星彥啟森

等人都已做了許多文獻而國內則是有林憲德教授及楊冠雄教授

進行一連串的建築外殼節能與綠建築空調節能等的研究本文將參考

內政部建築研究所ldquo綠建築解說與評估手冊rdquo進行一般市面上的定頻

空調系統與變頻空調系統之間的性能比對並針對變頻空調系統建立

評估公式

17

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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86

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驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

ab迴歸係數常數

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (1-4)

Rs =10 －Σ(αj times rj) (1-5)

Rf =10 － α10 times r10 (1-6)

Rp =10 －Σ(αj times rj) (1-7)

Rm =10－Σβk (1-8)

其中

HSC主機容量效率

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準

Rs熱源節能效率

Rp送冰水系統節能效率

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

α11～α12 =空調節能技術效率標準

β1~β14 =其他總系統節能技術效率標準

r1~r12 =空調節能技術採用率

根據綠建築評估手冊有關VRV空調系統的特殊節能係數有(1)

變冷媒VRV熱源α4=02(2)變冷媒量VRV系統因無送水泵故以熱源

與送水系統之節能α12=02 視之所以根據以上所訂定之係數所計算

出的熱源節能效率Rs值與送(冰)水節能效率Rp值如下

12

熱源節能效率Rs = 10－Σ(α4 times rj)=10－02=08

送(冰)水節能效率Rp=10 －Σ(α12 times rj)=10－02=08

一般VRV的室內機會搭配自動分段變速送風所以α10=04

送風節能效率Rf =10－Σ(α10timesrj)=10－04=06

因此對於採用COPc=COPp的VRV系統而言EAC公式可以進一步

簡化為

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (1-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設

研究之進行採取理論分析與實驗印證並重並行之方式其研究流

程如圖 1-1 所示主要工作內容如下所述

13

研究開始

1VRV 變頻式空調與傳統式定頻

空調之節約能原理比對分析

2建立適用於 VRV 系統於綠建築日常

節能指標 EAC 應用上之計算公式

3VRV系統部份負載曲線之建

立與全尺度實驗印證

4經實驗模式修正之 EAC 計

算式之建立

研究完成

5新 EAC 計算式應用於綠建築

日常節能指標 VRV 系統之一

般市面上冷氣適用與否

圖 1-1 研究流程

14

(1)VRV 變頻式空調與傳統式定頻空調之節約能源原理比對分析

目前我國 VRV 空調之發展主流以日系及韓系產品系列為大

宗其主要節能技術之設計理念為於空調負載狀態下經由冷媒壓縮

機變頻降載而達到節約能源之目標

(2)建立適用於 VRV 系統於綠建築日常節能指標 EAC 應用上之計算

公式

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分列為空調主機(壓縮機)冰水

泵及風機且各配以 6020及 20之權重然而對於 VRV 系

統而言冰水泵並不存在因此整個 EAC 計算之原始配比已失真

所採用之變頻技術亦因廠商而異其後續之計算結果便很難顯現出其

差異性更遑論原始計算式一致性的以常數認定誤差更大原計算

式在早期 VRV 單機變頻與傳統式單機定頻空調之比對上有其環境

與時空背景上之存在意義與貢獻目前市場上已隨著 VRV 系統愈發

中型化與多機化此計算式也適逢修正之良機

本項工作將藉由 DOE21 程式進行大量系統化之電腦模擬以經

由曲線趨合(Curve-fitting)做為於綠建築日常節能指標運用及相關審

查工作上之重要工具

(3)VRV 系統部份負載曲線之建立與全尺度實驗印證

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀況

下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之主要

設計與研發之市場競爭力所在

15

本項工作將藉由選取正商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為我國本在氣象條件下之實際運轉數據深

具參考價值

(4)經實驗模式修正之 EAC 計算式之建立

上述第(2)項工作項目中雖已經由 DOE21 電腦模擬而建立了適

用於 VRV 系統之 EAC 初步計算式然而其精確度仍牽動於所輸入之

壓縮機運轉耗電曲線之基本假設值

今經由第(3)項工作項目建立了實際全尺度實驗之運轉數據可

再行重新輸入於 DOE21 程式中以進行疊代(Iteration)修正而獲致

極高之準確度且此計算式之核心項目將為源自於本土氣象條件下

之全尺度實驗數據而來形成高精確度之實驗模式(Experimental

Model)於實際工程應用上更可靠

(5)新 EAC 計算式應用於綠建築日常節能指標 VRV 系統送審案件之

適配性分析

此項工作主要在將新建立之EAC公式實際嘗試從用於相關VRV

系統送審件中進行試用並且詳細評估其適配性是否可較精細的區

分出 VRV 系統之節能效益並進一步進行必要之修改直至完成 EAC

計算式

16

1-3 文獻回顧

由於台灣之地理位置為偏處於東南亞熱帶與亞熱帶交界處的地

方但 VRV 空調系統之技術乃是由日本與韓國等先進國家引進日

本與韓國處於較高緯度之地段VRV 空調系統在台灣的性能及評估

方式勢必會因天氣及氣候等因素而有所不同故本文將以此為出發

點以台灣本土之溼熱海島型的環境對 VRV 空調系統做一系列之

測試並將原本適用於定頻系統之評估方式測試其是否適用於變頻

冷媒系統之主機

目前國內與國外已有為數不少的人專注於 VRV 空調系統的研

究如中國大陸清華大學建築技術科學系的邵雙全石文星彥啟森

等人都已做了許多文獻而國內則是有林憲德教授及楊冠雄教授

進行一連串的建築外殼節能與綠建築空調節能等的研究本文將參考

內政部建築研究所ldquo綠建築解說與評估手冊rdquo進行一般市面上的定頻

空調系統與變頻空調系統之間的性能比對並針對變頻空調系統建立

評估公式

17

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

1 Igor Dubov ldquoChilled Water Plant Efficiencyrdquo ASHARE Journal June

2003

2 Jeff S Haberl W Dan Turner David E Claridge ldquoDevelopment of a

Methodology for Baselining the Energy Use of Large Multi-Building

Central Plantsrdquo ASHRAE Transactions Vol1082002

3 James B Rishel ldquoThe Measurement of Energy Consumption in kW

Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

August 2001

4 Gil Avery ldquoImproving the Efficiency of Chilled Water Plantsrdquo

ASHRAE Journal May 2001

5 RJ Hackner JW Mitcell and WA Beckman ldquoHVAC System

Dynamic and Energy Use in Building-Part Irdquo ASHRAE Transactions

Vol901984

6 Steven Meyers Evan Mills Allan Chen and Laura Demsetz ldquoBuilding

Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

7 American Society of Heating refrigerating and Air-Conditioning

EngineersInc ldquoASHRAE Handbook FUNDAMENTALSrdquo2001

8 林憲德著「現代人類的居住環境」胡氏圖書出版社民國 83 年

9 林憲德著「建築節能法規的解說與實例專輯」內政部營建署民

國 86 年

10 林憲德著「建築節約能源設計技術規範與實例」民國 92 年

11 楊冠雄著「建築外殼及空調系統整體耗能評估方法之研究」經

濟部能源委員會民國 79 年

86

12 楊冠雄著「建築物整體能源系統最佳化研究」經濟部能源委員

會民國 81 年

13 黃瑞隆著「空調系統耗能量計算及節能效益分析」國立中山大

學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

熱源節能效率Rs = 10－Σ(α4 times rj)=10－02=08

送(冰)水節能效率Rp=10 －Σ(α12 times rj)=10－02=08

一般VRV的室內機會搭配自動分段變速送風所以α10=04

送風節能效率Rf =10－Σ(α10timesrj)=10－04=06

因此對於採用COPc=COPp的VRV系統而言EAC公式可以進一步

簡化為

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (1-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設

研究之進行採取理論分析與實驗印證並重並行之方式其研究流

程如圖 1-1 所示主要工作內容如下所述

13

研究開始

1VRV 變頻式空調與傳統式定頻

空調之節約能原理比對分析

2建立適用於 VRV 系統於綠建築日常

節能指標 EAC 應用上之計算公式

3VRV系統部份負載曲線之建

立與全尺度實驗印證

4經實驗模式修正之 EAC 計

算式之建立

研究完成

5新 EAC 計算式應用於綠建築

日常節能指標 VRV 系統之一

般市面上冷氣適用與否

圖 1-1 研究流程

14

(1)VRV 變頻式空調與傳統式定頻空調之節約能源原理比對分析

目前我國 VRV 空調之發展主流以日系及韓系產品系列為大

宗其主要節能技術之設計理念為於空調負載狀態下經由冷媒壓縮

機變頻降載而達到節約能源之目標

(2)建立適用於 VRV 系統於綠建築日常節能指標 EAC 應用上之計算

公式

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分列為空調主機(壓縮機)冰水

泵及風機且各配以 6020及 20之權重然而對於 VRV 系

統而言冰水泵並不存在因此整個 EAC 計算之原始配比已失真

所採用之變頻技術亦因廠商而異其後續之計算結果便很難顯現出其

差異性更遑論原始計算式一致性的以常數認定誤差更大原計算

式在早期 VRV 單機變頻與傳統式單機定頻空調之比對上有其環境

與時空背景上之存在意義與貢獻目前市場上已隨著 VRV 系統愈發

中型化與多機化此計算式也適逢修正之良機

本項工作將藉由 DOE21 程式進行大量系統化之電腦模擬以經

由曲線趨合(Curve-fitting)做為於綠建築日常節能指標運用及相關審

查工作上之重要工具

(3)VRV 系統部份負載曲線之建立與全尺度實驗印證

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀況

下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之主要

設計與研發之市場競爭力所在

15

本項工作將藉由選取正商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為我國本在氣象條件下之實際運轉數據深

具參考價值

(4)經實驗模式修正之 EAC 計算式之建立

上述第(2)項工作項目中雖已經由 DOE21 電腦模擬而建立了適

用於 VRV 系統之 EAC 初步計算式然而其精確度仍牽動於所輸入之

壓縮機運轉耗電曲線之基本假設值

今經由第(3)項工作項目建立了實際全尺度實驗之運轉數據可

再行重新輸入於 DOE21 程式中以進行疊代(Iteration)修正而獲致

極高之準確度且此計算式之核心項目將為源自於本土氣象條件下

之全尺度實驗數據而來形成高精確度之實驗模式(Experimental

Model)於實際工程應用上更可靠

(5)新 EAC 計算式應用於綠建築日常節能指標 VRV 系統送審案件之

適配性分析

此項工作主要在將新建立之EAC公式實際嘗試從用於相關VRV

系統送審件中進行試用並且詳細評估其適配性是否可較精細的區

分出 VRV 系統之節能效益並進一步進行必要之修改直至完成 EAC

計算式

16

1-3 文獻回顧

由於台灣之地理位置為偏處於東南亞熱帶與亞熱帶交界處的地

方但 VRV 空調系統之技術乃是由日本與韓國等先進國家引進日

本與韓國處於較高緯度之地段VRV 空調系統在台灣的性能及評估

方式勢必會因天氣及氣候等因素而有所不同故本文將以此為出發

點以台灣本土之溼熱海島型的環境對 VRV 空調系統做一系列之

測試並將原本適用於定頻系統之評估方式測試其是否適用於變頻

冷媒系統之主機

目前國內與國外已有為數不少的人專注於 VRV 空調系統的研

究如中國大陸清華大學建築技術科學系的邵雙全石文星彥啟森

等人都已做了許多文獻而國內則是有林憲德教授及楊冠雄教授

進行一連串的建築外殼節能與綠建築空調節能等的研究本文將參考

內政部建築研究所ldquo綠建築解說與評估手冊rdquo進行一般市面上的定頻

空調系統與變頻空調系統之間的性能比對並針對變頻空調系統建立

評估公式

17

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

研究開始

1VRV 變頻式空調與傳統式定頻

空調之節約能原理比對分析

2建立適用於 VRV 系統於綠建築日常

節能指標 EAC 應用上之計算公式

3VRV系統部份負載曲線之建

立與全尺度實驗印證

4經實驗模式修正之 EAC 計

算式之建立

研究完成

5新 EAC 計算式應用於綠建築

日常節能指標 VRV 系統之一

般市面上冷氣適用與否

圖 1-1 研究流程

14

(1)VRV 變頻式空調與傳統式定頻空調之節約能源原理比對分析

目前我國 VRV 空調之發展主流以日系及韓系產品系列為大

宗其主要節能技術之設計理念為於空調負載狀態下經由冷媒壓縮

機變頻降載而達到節約能源之目標

(2)建立適用於 VRV 系統於綠建築日常節能指標 EAC 應用上之計算

公式

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分列為空調主機(壓縮機)冰水

泵及風機且各配以 6020及 20之權重然而對於 VRV 系

統而言冰水泵並不存在因此整個 EAC 計算之原始配比已失真

所採用之變頻技術亦因廠商而異其後續之計算結果便很難顯現出其

差異性更遑論原始計算式一致性的以常數認定誤差更大原計算

式在早期 VRV 單機變頻與傳統式單機定頻空調之比對上有其環境

與時空背景上之存在意義與貢獻目前市場上已隨著 VRV 系統愈發

中型化與多機化此計算式也適逢修正之良機

本項工作將藉由 DOE21 程式進行大量系統化之電腦模擬以經

由曲線趨合(Curve-fitting)做為於綠建築日常節能指標運用及相關審

查工作上之重要工具

(3)VRV 系統部份負載曲線之建立與全尺度實驗印證

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀況

下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之主要

設計與研發之市場競爭力所在

15

本項工作將藉由選取正商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為我國本在氣象條件下之實際運轉數據深

具參考價值

(4)經實驗模式修正之 EAC 計算式之建立

上述第(2)項工作項目中雖已經由 DOE21 電腦模擬而建立了適

用於 VRV 系統之 EAC 初步計算式然而其精確度仍牽動於所輸入之

壓縮機運轉耗電曲線之基本假設值

今經由第(3)項工作項目建立了實際全尺度實驗之運轉數據可

再行重新輸入於 DOE21 程式中以進行疊代(Iteration)修正而獲致

極高之準確度且此計算式之核心項目將為源自於本土氣象條件下

之全尺度實驗數據而來形成高精確度之實驗模式(Experimental

Model)於實際工程應用上更可靠

(5)新 EAC 計算式應用於綠建築日常節能指標 VRV 系統送審案件之

適配性分析

此項工作主要在將新建立之EAC公式實際嘗試從用於相關VRV

系統送審件中進行試用並且詳細評估其適配性是否可較精細的區

分出 VRV 系統之節能效益並進一步進行必要之修改直至完成 EAC

計算式

16

1-3 文獻回顧

由於台灣之地理位置為偏處於東南亞熱帶與亞熱帶交界處的地

方但 VRV 空調系統之技術乃是由日本與韓國等先進國家引進日

本與韓國處於較高緯度之地段VRV 空調系統在台灣的性能及評估

方式勢必會因天氣及氣候等因素而有所不同故本文將以此為出發

點以台灣本土之溼熱海島型的環境對 VRV 空調系統做一系列之

測試並將原本適用於定頻系統之評估方式測試其是否適用於變頻

冷媒系統之主機

目前國內與國外已有為數不少的人專注於 VRV 空調系統的研

究如中國大陸清華大學建築技術科學系的邵雙全石文星彥啟森

等人都已做了許多文獻而國內則是有林憲德教授及楊冠雄教授

進行一連串的建築外殼節能與綠建築空調節能等的研究本文將參考

內政部建築研究所ldquo綠建築解說與評估手冊rdquo進行一般市面上的定頻

空調系統與變頻空調系統之間的性能比對並針對變頻空調系統建立

評估公式

17

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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2003

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86

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14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

(1)VRV 變頻式空調與傳統式定頻空調之節約能源原理比對分析

目前我國 VRV 空調之發展主流以日系及韓系產品系列為大

宗其主要節能技術之設計理念為於空調負載狀態下經由冷媒壓縮

機變頻降載而達到節約能源之目標

(2)建立適用於 VRV 系統於綠建築日常節能指標 EAC 應用上之計算

公式

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分列為空調主機(壓縮機)冰水

泵及風機且各配以 6020及 20之權重然而對於 VRV 系

統而言冰水泵並不存在因此整個 EAC 計算之原始配比已失真

所採用之變頻技術亦因廠商而異其後續之計算結果便很難顯現出其

差異性更遑論原始計算式一致性的以常數認定誤差更大原計算

式在早期 VRV 單機變頻與傳統式單機定頻空調之比對上有其環境

與時空背景上之存在意義與貢獻目前市場上已隨著 VRV 系統愈發

中型化與多機化此計算式也適逢修正之良機

本項工作將藉由 DOE21 程式進行大量系統化之電腦模擬以經

由曲線趨合(Curve-fitting)做為於綠建築日常節能指標運用及相關審

查工作上之重要工具

(3)VRV 系統部份負載曲線之建立與全尺度實驗印證

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀況

下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之主要

設計與研發之市場競爭力所在

15

本項工作將藉由選取正商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為我國本在氣象條件下之實際運轉數據深

具參考價值

(4)經實驗模式修正之 EAC 計算式之建立

上述第(2)項工作項目中雖已經由 DOE21 電腦模擬而建立了適

用於 VRV 系統之 EAC 初步計算式然而其精確度仍牽動於所輸入之

壓縮機運轉耗電曲線之基本假設值

今經由第(3)項工作項目建立了實際全尺度實驗之運轉數據可

再行重新輸入於 DOE21 程式中以進行疊代(Iteration)修正而獲致

極高之準確度且此計算式之核心項目將為源自於本土氣象條件下

之全尺度實驗數據而來形成高精確度之實驗模式(Experimental

Model)於實際工程應用上更可靠

(5)新 EAC 計算式應用於綠建築日常節能指標 VRV 系統送審案件之

適配性分析

此項工作主要在將新建立之EAC公式實際嘗試從用於相關VRV

系統送審件中進行試用並且詳細評估其適配性是否可較精細的區

分出 VRV 系統之節能效益並進一步進行必要之修改直至完成 EAC

計算式

16

1-3 文獻回顧

由於台灣之地理位置為偏處於東南亞熱帶與亞熱帶交界處的地

方但 VRV 空調系統之技術乃是由日本與韓國等先進國家引進日

本與韓國處於較高緯度之地段VRV 空調系統在台灣的性能及評估

方式勢必會因天氣及氣候等因素而有所不同故本文將以此為出發

點以台灣本土之溼熱海島型的環境對 VRV 空調系統做一系列之

測試並將原本適用於定頻系統之評估方式測試其是否適用於變頻

冷媒系統之主機

目前國內與國外已有為數不少的人專注於 VRV 空調系統的研

究如中國大陸清華大學建築技術科學系的邵雙全石文星彥啟森

等人都已做了許多文獻而國內則是有林憲德教授及楊冠雄教授

進行一連串的建築外殼節能與綠建築空調節能等的研究本文將參考

內政部建築研究所ldquo綠建築解說與評估手冊rdquo進行一般市面上的定頻

空調系統與變頻空調系統之間的性能比對並針對變頻空調系統建立

評估公式

17

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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86

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14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

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證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

本項工作將藉由選取正商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為我國本在氣象條件下之實際運轉數據深

具參考價值

(4)經實驗模式修正之 EAC 計算式之建立

上述第(2)項工作項目中雖已經由 DOE21 電腦模擬而建立了適

用於 VRV 系統之 EAC 初步計算式然而其精確度仍牽動於所輸入之

壓縮機運轉耗電曲線之基本假設值

今經由第(3)項工作項目建立了實際全尺度實驗之運轉數據可

再行重新輸入於 DOE21 程式中以進行疊代(Iteration)修正而獲致

極高之準確度且此計算式之核心項目將為源自於本土氣象條件下

之全尺度實驗數據而來形成高精確度之實驗模式(Experimental

Model)於實際工程應用上更可靠

(5)新 EAC 計算式應用於綠建築日常節能指標 VRV 系統送審案件之

適配性分析

此項工作主要在將新建立之EAC公式實際嘗試從用於相關VRV

系統送審件中進行試用並且詳細評估其適配性是否可較精細的區

分出 VRV 系統之節能效益並進一步進行必要之修改直至完成 EAC

計算式

16

1-3 文獻回顧

由於台灣之地理位置為偏處於東南亞熱帶與亞熱帶交界處的地

方但 VRV 空調系統之技術乃是由日本與韓國等先進國家引進日

本與韓國處於較高緯度之地段VRV 空調系統在台灣的性能及評估

方式勢必會因天氣及氣候等因素而有所不同故本文將以此為出發

點以台灣本土之溼熱海島型的環境對 VRV 空調系統做一系列之

測試並將原本適用於定頻系統之評估方式測試其是否適用於變頻

冷媒系統之主機

目前國內與國外已有為數不少的人專注於 VRV 空調系統的研

究如中國大陸清華大學建築技術科學系的邵雙全石文星彥啟森

等人都已做了許多文獻而國內則是有林憲德教授及楊冠雄教授

進行一連串的建築外殼節能與綠建築空調節能等的研究本文將參考

內政部建築研究所ldquo綠建築解說與評估手冊rdquo進行一般市面上的定頻

空調系統與變頻空調系統之間的性能比對並針對變頻空調系統建立

評估公式

17

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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86

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學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

1-3 文獻回顧

由於台灣之地理位置為偏處於東南亞熱帶與亞熱帶交界處的地

方但 VRV 空調系統之技術乃是由日本與韓國等先進國家引進日

本與韓國處於較高緯度之地段VRV 空調系統在台灣的性能及評估

方式勢必會因天氣及氣候等因素而有所不同故本文將以此為出發

點以台灣本土之溼熱海島型的環境對 VRV 空調系統做一系列之

測試並將原本適用於定頻系統之評估方式測試其是否適用於變頻

冷媒系統之主機

目前國內與國外已有為數不少的人專注於 VRV 空調系統的研

究如中國大陸清華大學建築技術科學系的邵雙全石文星彥啟森

等人都已做了許多文獻而國內則是有林憲德教授及楊冠雄教授

進行一連串的建築外殼節能與綠建築空調節能等的研究本文將參考

內政部建築研究所ldquo綠建築解說與評估手冊rdquo進行一般市面上的定頻

空調系統與變頻空調系統之間的性能比對並針對變頻空調系統建立

評估公式

17

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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5 RJ Hackner JW Mitcell and WA Beckman ldquoHVAC System

Dynamic and Energy Use in Building-Part Irdquo ASHRAE Transactions

Vol901984

6 Steven Meyers Evan Mills Allan Chen and Laura Demsetz ldquoBuilding

Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

7 American Society of Heating refrigerating and Air-Conditioning

EngineersInc ldquoASHRAE Handbook FUNDAMENTALSrdquo2001

8 林憲德著「現代人類的居住環境」胡氏圖書出版社民國 83 年

9 林憲德著「建築節能法規的解說與實例專輯」內政部營建署民

國 86 年

10 林憲德著「建築節約能源設計技術規範與實例」民國 92 年

11 楊冠雄著「建築外殼及空調系統整體耗能評估方法之研究」經

濟部能源委員會民國 79 年

86

12 楊冠雄著「建築物整體能源系統最佳化研究」經濟部能源委員

會民國 81 年

13 黃瑞隆著「空調系統耗能量計算及節能效益分析」國立中山大

學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

第二章 研究方法

2-1 各空調分區空調尖峰需求量的計算

圖 2-1 是一般 VRV 系統的選機程序室內機的選機是根據各空調

分區的尖峰需求量(Peak Load)來分別選擇冷氣能力最接近但稍大於

尖峰量的各區室內機在室內機的單元及數量選定後將室內機數量

乘以該機型冷氣能力的結果進而選得適當的室外機型及數量再藉由

室內機與室外機的結合效率來決定是否改變室內機單元的大小因而

產生適合建築物的 VRV 空調系統

各空調分區實際冷氣需求

各空調分區室內機的台

數及冷房能力

VRV 系統室外機的台數

及冷房能力

室內與室外機的結合率

NOT OK

OK

選機完成

圖 2-1 VRV 系統的選機流程

18

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

空調的負荷組成包括受外在氣候以及建築物外殼性能影響的外

部負荷室內燈光照明人員以及使用器具所產生的熱量構成之內部

負荷以及為了室內品質而必須引進新鮮外氣所形成的外氣負荷三大

部分另外搬運損失造成的額外損失量約佔總空調顯熱負荷的 10

左右其組成如下表 2-1 所示

表 2-1 冷房負荷的構成與代號

負荷種類 負荷代號 壁體傳透熱 Qwall 顯熱 玻璃面傳透熱 Qwinsol 顯熱 玻璃面輻射熱 Qwincon 顯熱

QIS 顯熱

外部負荷

間隙風負荷 QIL 潛熱

QHS 顯熱 人體發散熱

QHL 潛熱 照明發散熱 QE 顯熱

QMS 顯熱

內部負荷

室內機械發散熱 QML 潛熱 QOS 顯熱 外氣負荷

新鮮外氣負荷 QOL 潛熱

搬運損失 顯熱潛熱名取以上總值的 10計算

壁體熱傳透計算

經過建築外殼的熱流由於受到壁體熱容量的影響會產生不穩

定動態熱流計算十分複雜非一般空調業界易於採用所以利用熱

學理論將時滯現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load

Temperature Difference)計算壁體熱傳透可以下式表示

qwall = U times A times CLTD (2-1)

其中

qwall特定牆面的熱傳透量

19

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

U建築外殼的熱傳透率

CLTD冷房負荷溫差

A壁體面積

構造體之總熱傳透qwall即等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)

玻璃熱負荷計算

單一玻璃面之熱負荷qwin可分為室內外溫差所產生之傳透熱

qwinsol與透過玻璃之太陽輻射熱qwincon其計算式如下 qwin = qwinsol + qwincon (2-2)

qwincon = U times A times (To - Ti) (2-3)

qwinsol = A times SC times MSHGF times CLF (2-4)

其中

qwin玻璃熱負荷

qwincon玻璃面熱傳透負荷

qwinsol玻璃面日射負荷

U玻璃之熱傳透率

To戶外設計溫度

Ti室內設計溫度

MSHGF最大太陽熱取得因子

CLF冷房負荷因子

SC遮蔽係數

A玻璃面之面積

式中 MSHGF 是方位時間以及緯度的函數另外 CLF 是建築

物的蓄熱能力以及有無內遮陽設施的函數

20

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

內部熱負荷計算

室內因照明人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負

荷在商業建築辦公或研究大樓中人員照明和設備等發熱形成的

內部熱得通常是構成該棟建築物冷房負荷的重要成分事實上在許

多大型商業辦公建築物中內部熱來源是冷房負荷最主要的來源因

此對於大型辦公大樓而言一整年冷房皆會運轉即使在嚴冬也不

例外

人體發散熱

大部份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多所以計算時

要避免引用超過全職人員的數目來自人體的熱負荷可分為顯熱部分

與潛熱部分人員的作業程度決定了總發熱量以及顯熱與潛熱比

例顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫差而引起而潛熱部份

則是源於人體的呼吸與排汗雖然各種工作狀態下的顯熱與潛熱值有

準確值可查但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤差其主要原因

為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料室內人員的顯

熱與潛熱要分開計算計算式如下

QOCC = QOCCS + QOCCL (2-5)

QOCCS = N times QOCCS (2-6)

QOCCL = N times QOCCL (2-7)

其中

QOCC人體發散熱

QOCCS人體之顯熱負荷

QOCCL人體之潛熱負荷

21

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

照明負荷

因為燈光的發熱量是內部熱得之最主要成份照明所產生的熱與

由照明所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的雖然燈具的其他附

屬設備可能產生其他額外發熱量但是燈具的發熱源主要來自發光元

件或燈泡照明負荷之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦

數的發熱量來計算計算式如下

QLIT = ΣqLIT times F (2-8)

其中

qLIT特定照明器具之電力消費量

F額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素)

機械熱負荷

計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀在計

算中不論是電力設備瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考

量複雜的設備種類和使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀近

來辦公室電腦化後電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主

要之機械發熱來源辦公室內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個

人電腦以及其他如影印機印表機等的典型設備其室內熱得約為

50Wm2各項設備發熱量計算式如下

Qequ = Σqequ (2-9)

其中

qequ機器之室內熱負荷

22

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

外氣負荷計算

一設而言因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的

20-30室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡外氣負荷計算

式如下

QOA = QOAS + QOAL (2-10)

QOAS =bull

V OA times Cp times(To - Ti) (2-11)

QOAL =bull

V OA times hfg times (xo - xi) (2-12)

其中

QOA外氣總負荷量

QOAS外氣顯熱取得量

QOAL外氣潛熱取得量

bull

V OA外氣量

ToTi分別為室外與室內氣溫()

xoxi分別為室外與室內絕對濕度(kgkg)

hfg水蒸氣的相變化潛熱

23

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

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86

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13 黃瑞隆著「空調系統耗能量計算及節能效益分析」國立中山大

學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

2-2 VRV 系統設備量的選定

在此節中將藉由例題來解說如何藉由空調需求量選定 VRV 系

統的設備量

(一)各空調分區冷氣需求

假設某一方案藉由前一節述及的方法求得之空調分區之最大空

調負荷為

內周區 88kW

東外周區 40 kW

南外周區 29 Kw

西外周區 41 kW

北外周區 30 kW

(二)室內機的選擇

根據表 2-2VRV 的室內機冷氣能力表選擇合適的機型假設室內

機選用最大冷氣能力的機型 Unit Z(14kW)則核心的室內機台數是最

大空調負荷除以每台室內機的冷氣能力即 8814=63是故選擇 7

台室內機檢查室內機冷氣能力降一級的 Unit Y 型式是否可以符合

112times7=784lt88冷氣能力不足故確定核心區選擇的機型為 Unit Z

7 台每台冷氣能力 14 kW同理其他各區的機型選擇結果如下

東外周區 Unit Z3 台

南外周區 Unit Y3 台

西外周區 Unit Z3 台

北外周區 Unit Y3 台

24

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

25

表 2-2 室內機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力選擇機表

型號 Unit S Unit T Unit U Unit V Unit W Unit X Unit Y Unit Z 能力指數 25 315 40 50 63 80 100 125

冷氣能力(kW) 28 36 45 56 71 90 112 140 風扇耗電(kW) 30 30 30 30 30 30 120 120

當然還有其他方式的選機結果譬如選擇冷氣能力較低的 Unit X 機

型則內周區的室內機台數增加為 10 台由於不同的機型選擇方式可

能造成不同程度的設備量過大如選 Unit Z 的方案設備過大比例為

(14times7)88=111選擇 Unit X 的方案設備過大的比例為(9times10)=102

不過其結果對下一步驟的室外機選擇影響有限

(三) 室外機的選擇

室外機的選擇係參考 2-3 的室外機選機表表中的總能力指數是指

每台室內機能力指數的總和每台室內機的能力指數在表 2-2 的室內機

機型表中可以查得而總能力指數的計算如表 2-4 所示

26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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26

表 2-3 室外機選機表

Indoor Unit Combination Ratio Outdoor Unit 130 120 110 100 90 80 70 60

5HP 1625 150 1375 125 1125 100 875 758HP 260 240 220 200 180 160 140 120

10 HP 325 300 275 250 225 200 175 150 16 HP 520 480 440 400 360 320 280 240 18 HP 585 540 495 450 405 360 315 270 20 HP 650 600 550 500 450 400 350 300 24 HP 780 720 660 600 540 480 420 360 26 HP 845 780 715 650 585 520 455 390 28 HP 910 840 770 700 630 560 490 420 30 HP 975 900 825 750 675 600 525 450 32 HP 1040 960 880 800 720 640 560 480 34 HP 1105 1020 935 850 765 680 595 510 36 HP 1170 1080 990 900 810 720 630 540 38 HP 1235 1140 1045 950 855 760 665 570 40 HP 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 42 HP 1365 1260 1155 1050 945 840 735 630 44 HP 1430 1320 1210 1100 990 880 770 660 46 HP 1495 1380 1265 1150 1035 920 805 690 48 HP 1560 1440 1320 1200 1080 960 840 720

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

表 2-4 室內機台的能力指數與總能力指數

空調分區 機型 室內機能力指數 室內機台數 總能力指數

核心區 Unit Z 125 7 125times7=875

東外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

南外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

西外周區 Unit Z 125 3 125times3=375

北外周區 Unit Y 100 3 100times3=300

合計 2225

參考 2-3 的室外機選機表在組合率 100的欄位中找出對應的

室外機型即為合適的 VRV 室外機由於在組合率 100欄位中最大

的能力指數為 1200並沒有這麼大的室外機可選所以嘗試室外機

台數分做為二台所以每台室外機的總能力指數 22252=11125再

回到表 2-3 的室外機選機表選擇能力指數最接近 11125 但稍大的機

型所得的室外機組合為 46HP100機型的室外機兩台對應 46HP

室外機型的冷氣能力與運轉耗電量則可以從表 2-5的室外機冷氣能力

與耗電量表查得該機型的冷氣能力為 130 kW耗電量為 467 kW

表 2-5 室外機單元於 19WB 35DB 之冷氣能力與耗電量

室外機型 5HP 8HP 10HP 16HP 18HP 20HP 24HP 26HP 28HP 30HP冷氣能力(kW) 14 224 28 45 504 56 68 73 785 85 運轉耗電(kW) 414 749 952 161 17 19 24 256 271 306

室外機型 32HP 34HP 36HP 38HP 40HP 42HP 44HP 46HP 48HP 冷氣能力(kW) 90 96 101 107 113 118 124 130 135 運轉耗電(kW) 322 335 351 366 401 417 432 467 483

27

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

2-3 VRV 空調系統的耗電量計算

空調主機或分離系統(含 VRV 系統)室外機的全年耗電而所呈現

的數學式為

全年耗電＝Σ(Colling Ton-hrs)times(Chiller System kWTon) (2-13)

公式(2-14)是為了方便簡算式對能源估算方法的表達式對於精

算式的能源估算法由於可以確切知道逐時的建築物市調負荷(Load)

以及空調系統的性能係數(COP)所以全年的空調主機耗電量(Pyear)

可以表達為

Pyear =ΣLoad times COP (2-14)

上式即說明了全年的耗電量就是逐時的空調負荷與系統性能系

數乘積的總合其中空調負荷與建築物的外殼設計以及外氣條件有

關而性能係數也與外氣條件以及負載率有關

VRV 系統多採用氣冷式冷卻方法所以它與一般直膨式氣冷空調

機一樣系統的性能受到外氣乾球溫度室內機入口空氣的濕球溫

度以及系統負荷率的影響其性能特性可以下式表示

COP = TCPI (2-15)

TC = TCrated times f1(EWBODB) (2-16)

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (2-17)

PLR = Load TC (2-18)

其中

TCVRV 可提供之全載冷氣能力

PIVRV 之耗電

TCrated額定狀況下全載冷氣能力

PIrated額定狀況下VRV之耗電

28

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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86

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山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

LOAD冷氣需求

PLRVRV 之負載率

f1VRV 可提供之全載冷氣能力相對於入口濕球溫度與室外乾球

溫度修正函數

f2VRV 之耗電相對於入口濕球溫度與室外乾球溫度之修正函數

f3VRV 之耗電相對於負載率之修正函數

EWB室內濕球溫度

ODB室外乾球溫度

在 DOE21-E 程式中f1f2 及 f3 修正函數以多項式迴歸式表示

f1 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-19)

f2 = A + BtimesODB + CtimesODB2+DtimesEWB+EtimesEWB2

+FtimesODBtimesEWB (2-20)

f3 = A + BtimesPLR + CtimesPLR2 (2-21)

因此如果能夠知道各種 VRV 系統 f1f2 及 f3 修正函數中的系數

藉由 DOE21 程式的幫忙便可由前述公式(2-19~2-21)的組合算出

VRV 系統的全年耗電量其計算流程圖如圖 2-2 所示各流程說明如

下

步驟一由 DOE21 程式精算逐得空證負荷(Load)

步驟二由 DOE21 程式輸出室內機入口濕球溫度(IWB)

步驟三由全年氣象資料得知室外乾球溫度

步驟四將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統的制冷能力修正函數求

修正值 f1

29

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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2003

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山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

步驟五將 IWB 及 ODB 代入 VRV 系統耗電量修正函數求修正

值 f2

步驟六利用公式(2-16)求VRV在 IWB及ODB條件下的全載能力

步驟七利用公式(2-18)求 VRV 的實際負載率 PLR

步驟八將 PLR 代入 VRV 系統的耗電修正函數求修正值 f3

步驟九利用公式(2-17)算出 VRV 系統的實際耗電

步驟十重複步驟一至九直到全年結束

30

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

建築物特性輸入

VRV 系統特性輸入

算求尖峰負荷

跑 DOE-21 得

LoadEWBODB

代入公式

(2-19)~(2-20)得f1f2

PLR = Load TC

TC = TCrated times f1

PI = PIrated times f2timesf3 得 f3

Pyear =ΣPI

日

迴

圈

時 迴

圈

月

迴

圈

依選機程序選出合適

的室內機與室外機得

TCrated及PIrated

結束

圖 2-2 VRV 系統全年耗電計算流程圖

31

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

2-4 EAC 對 VRV 系統的修正

由於EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準

所以本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為

比較基準將VRV節能係數α4定義為

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (2-22) 定頻分離式系統全年耗電量

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而來

因此其節能項目主要分為三大區塊分別為熱源設備(主要為空調

冰水主機)冰水泵及送風機且各配以 6020及 20之權重

如圖 2-4 所示然而對於分離式或 VRV 系統而言除了冰水泵並

不存在外加上 VRV 系統屬直膨式系統在送風側部份多為小型風

扇並不會出現如空調箱中的大型風車故 EAC 於 VRV 系統評估時

熱源設備(室外機)與風扇(室內機)耗電的加權比重有修正之必要

內部負

荷

外殼

負荷

風扇

AHU

或

FCU

換氣

負荷

冰水泵

冷 卻 水 塔

水塔

風扇

冷卻

水泵

空 調 主 機

房

間

加權比重04 冰水泵與風扇各佔 02 加權比重06

圖 2-3 熱源設備冰水泵及送風機之加權比重

32

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

在第二節的選機過程中已確定各種室內機的冷氣能力只要知

道室內機的機型便可透過廠商型錄得知室內機風扇的功率有了室

外機及室內機的功率藉由 DOE-21 程式的執行便能得知室內機與室

外機的全年耗電就可以重新修正無冰水的分離式或 VRV 系統節能

項目的加權比重熱源設備(室外機)的加權比重即為

VRV 系統全年耗電量 室外機加權比重＝1 － (2-23)

定頻分離式系統全年耗電量

室內機耗電比重＝1 －室外機加權比重 (2-24)

33

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

第三章 VRV 節能效果實驗印證

3-1 VRV 系統特性曲線之建立

依照冷氣廠商型錄所提供的冷氣能力曲線以及耗電性能曲線經

由迴歸計算而得到每台機器的性能特性迴歸式以三種機型做分析

分別以 A 機型B 機型C 機型稱呼

(一)A 機型

圖 3-1 至圖 3-3 是 A 機型的冷氣能力修正及耗電量修正圖從圖

中的曲線可以了解不能單純的以第二章第三節中述及的 DOE-21 曲

線模式描述必須做的是修正

(A)冷房能力特性函數

圖 3-1 A 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

從圖 3-1 的數據可以建立冷氣能力與室內機入口空氣濕球溫度

(EWB)及所外乾球溫度(ODB)的修正函數 f1由於 A 機型有一冷房能

力的極限該極限值是外氣乾球溫度與室內濕球溫度的函數當冷房

能力低於極限值時A 機型提供的冷房能力只是室內濕球溫度的函

數其特性方程式定義如下

34

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-1)

其中 f1 是由下列方程式決定

f1 = A + DtimesEWB (3-2)

f1max = A + B timesODB + D timesEWB (3-3)

當 f1gtf1max 時f1=f1max

圖 3-2 A 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-3 A 機型之耗電相對於負載率之修正函數(f3)圖

35

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

(B)耗電量特性曲線

耗電量修正函數分成兩部份(1)外氣乾球溫度及室內濕溫度的修

正函數 f2(2)室外機負載率的修正函數 f3由圖 3-2 的資料可以求

出 f2而由圖 3-3 的資料可以求出 f3其中 f3 如圖 3-3 所示單純為

負載率的多項式而在圖 3-2 中可以看出 A 機型的耗電量分成三個

區域分別是右上角的最大耗電量左下角的最低耗電量以及其它

區域的正常耗電量而它們都是室外乾球溫度以及室內溫球溫度的

函數所以耗電量的特性方式定義如下

PI = PIrated times f2(EWBODB) timesf3(PLR) (3-4)

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2+DtimesPLR3 (3-5)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-6)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB (3-7)

f2max=A+BtimesODB (3-8)

但當 f2gt f2max 時f2= f2max

當 f2lt f2min 時f2= f2min

利用逐步迴歸分析方法求得各函數的係數如表 3-1 所示

表 3-1 A 機型性能函數的各項係數

A 機型 A B C D f1 -01727 - - 00617

冷氣能力 修正函數

f1max -01727 -00084 - 00114 f2min -01680 00041 - 00353

f2 -11506 00248 - 00662 f2max 04245 00197 - -

耗電量修正

函數 f3 00501 05706 02834 00959

36

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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86

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16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

(二)B 機型

(A)冷房能力特性函數

冷氣能力修正系數為圖 3-4其特性與 A 機型不同在圖中的左

半區冷氣能力與室內濕球溫度無關只是外氣乾球溫度的函數但

在右區分別同時是外氣乾球溫度及室內濕球溫度的函數其特性方程

式定義如下

TC = TCrated times f1(IWBODB) (3-9)

f1=A－BtimesODB+DtimesIWB (3-10)

f1min = A + D timesIWB (3-11)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-4 B 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

(B)耗電量特性函數

耗電量修正函數為圖 3-5 與圖 3-6 B 機型的耗電量與溫度的修正

函數也與 A 機型不同在左右半邊與左半邊雖同是 EWB 與 ODB 的

函數但明顯分屬不同的函數表示其耗電量的特性函數表示如下

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-12)

37

f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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f3=A+BtimesPLR (3-13)

f2min=A+BtimesODB+DtimesEWB (3-14)

f2= A+BtimesODB+DtimesEWB+FtimesEWBtimesODB (3-15)

f2lt f2min 時f2= f2min

圖 3-5 B 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-6 B 機型之耗電相對於負載率之修正函數圖

38

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

利用逐步迴歸分析方法求得的各項係數如表 3-2 所示

表 3-2 B 機型性能函數的各項係數

B 機型 A B C D E F f1min 03457 - - 00367 - -

冷氣能力 修正函數

f1 06236 -00050 - 00281 - - f2min 05765 00022 - 00085 - -

f2 01286 00177 - 00196 - -00002 耗電量修 正函數

f3 -00279 10299 - - -

(三) C 機型

C 機型的冷氣能力特性與耗電量特性都與 B 機型相同其冷氣能

力修正函數與耗電量修正函數為圖 3-7~3-9其特性方程式定義如下

(A)冷房能力特性函數

TC = TCrated times f1(EWBODB) (3-16)

f1=A－BtimesODB+DtimesEWB (3-17)

f1min = A + D timesEWB (3-18)

當 f1lt f1min 時f1= f1min

圖 3-7 C 機型之冷氣能力修正函數(f1)圖

39

圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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圖 3-8 C 機型之相對於 EWBODB 耗電修正函數(f2)圖

圖 3-9 C 機型之耗電相對於負載率之修正函數

(B)耗電量特性函數

f3=A+BtimesPLR+CtimesPLR2 (3-19)

PI = PIrated times f2 timesf3(PLR) (3-20)

f2min= A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-21)

f2 = A+BtimesODB+DtimesIWB+EtimesEWB2 (3-22)

當 f2ltf2min 時f2=f2min

40

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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86

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

41

利用迴歸分析法可得各項係數如表 3-3 所示

表 3-3 C 機型各係數數據資料

C 機型 A B C D E TC1 03951 - - 00366 -

冷氣能力 修正函數

TC2 05219 -00047 - 00343 - f2min -16344 00048 - 02128 -00048

f2 -18363 00139 - 02158 -00049耗電量修 正函數

f3 00522 07222 -02163 -

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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86

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山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

42

3-2 VRV 系統性能實測

VRV 系統之省能效益主要取決其於部分負載(Partial Load)狀

況下其相對應之耗電曲線成長情形此亦為各種不同系統廠牌之

主要設計與研發之市場競爭力所在

本項工作將藉由選取在商業運轉中之 VRV 系統進行全尺度實

驗量測以獲得其於不同負載情況下之相對應部分負載曲線(kW vs

PLF)本曲線之獲得將為在我國本土氣象條件下之實際運轉數據

為國內首度進行 深具參考價值以下為進行全尺度實驗之步驟現

場 VRV 空調系統之探勘與調查可做以下的整理

實驗現場右側為四組定頻空調及一組變頻空調主機可變冷媒流

量系統之主要三大部分包含變頻式壓縮機冷媒分配器及控制系統

介面控制介面可經由與電腦之連接進行運轉數據之傳輸及控制

指令之下達經由調整不同負載率之變化使變頻式壓縮機運轉於不

同之頻率量測其當時之運轉電流與所消耗之電功率 並且加以記

錄

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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86

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山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

圖 3-10 本實驗 VRV 系統現場設置情形

於運轉之同時記錄其室外溫度室內溫度其相關之冷媒壓縮機

之主要參數包含冷媒冷凝溫度與蒸發溫度等可同時做為系統診斷

與故障排除之主要依據經由室內溫度之變化進行電子式冷媒膨脹

閥之開度控制一方面藉此調整所提供之冷房能力與節約能源同時

使室內之溫度之波動程度降低

43

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

圖 3-11 電子式冷媒膨脹閥之現場設置

冷凝器散熱風扇可經由兩段式之切換調整其轉速以便於低的

負載率時節省風扇之動力並將其所耗功率加以記錄經由數據傳

輸之接口將 VRV 系統運轉數據傳輸至電腦數據存取系統並加以運

算將不同負載率下所提供之冷房能力與所耗費之電量加以記錄分

析即可獲得 COP 之重要性能係數而完成該次實驗

圖 3-12 將所有該次實驗數據予以圖表化並進行比對分析 44

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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86

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16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

3-3 實驗結果分析

經由上述之實驗步驟本實驗將典型之 VRV 系統加以分析其

結果如下

(1) 室外溫度 27部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-13 室外溫度 27的 PI及 PLF 曲線圖

45

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

(2) 室外溫度 29部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-14 室外溫度 29的 PI及 PLF 曲線圖

(3) 室外溫度 31部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-15 室外溫度 31的 PI及 PLF 曲線圖

46

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

(4) 室外溫度 33部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-16 室外溫度 33的 PI及 PLF 曲線圖

(5) 室外溫度 35部分負載率 PLF50~100

經由調整其部分負載率並量測其耗電量其結果如下

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

圖 3-17 室外溫度 35的 PI及 PLF 曲線圖

47

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

(6) 不同室外溫度情況下於部分負載率 PLF50~100之量測結果

比對分析

綜合上述之實驗量測結果可繪製成下圖 3-18

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

PLF部分負載率

PI

27

29

31

33

35

室外溫度

圖 3-18 室外溫度 27至 35的 PI及 PLF 的綜合比較圖

此圖之結果顯示於相同之部分負載率之下當室外溫度升高

時耗電量隨之增加舉例而言當運轉於 80之部分負載率時當

室外溫度由 27 度增加至 35 度則耗電量增加了 9

反之於相同之室外溫度下於較低之部分負載率下運轉其耗

電量亦同步降低而獲得節約能源之效果舉例而言當外氣溫度為

29當部分負載率由 90降至 60則耗電量約降低 32

本實驗結果亦顯示此 PLF－PI 曲線為 VRV 空調系統之最重要之

特性於各種不同廠牌之間其系統性能之良劣將直接顯現於低負載

率下之耗電情形

48

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

第四章 結果與討論

4-1 模擬辦公類建築之選定

空調系統評估的指標 EAC除了與系統空調特性有關外也與

建築的特性有關建築物特性的影響在於空調主機最大供應面積受建

築外殼耗能量 ENVLOAD 值與空調系統分區之外周區係數 γ 值的影

響故先從模擬建築物的設定開始再進行到 VRV 空調系統特性的

設定建築物的特性係藉由改變 ENVLOAD 值的參數來創造不同的

辦公類建築模擬型式

模擬建築物設定為 40mtimes40m 的正方型辦公建築平面其建築四

向立面完全正對東南西北四向並將其區分為外周區與中央核

心區外周區則是從建築物室內緊鄰外殼區 5 公尺範圍其餘則皆視

為建築空調內周區(core)如圖 4-1 所示且四周牆體材質與開窗方

式完全相同樓高設定為 4 米高室內牆面為一般辦公室的框架隔

間四面外牆使用金屬圍幕樓板及天花板則以一般材質附加假天花

板進行設定空調的使用則設定為每日的 8 時至 18 時共計 10 小時

(十小時辦公類空調系統)

49

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

圖 4-1 模擬之辦公建築平面

從 ENVOLAD 計算公式中可以知道影響建築物外殼負荷的因

子數有窗面部位面積(Ai)開窗之外遮陽係數(Ki)玻璃日射透過

率(ηi)所以本研究就以三個參數的變化來設定不同建築共有 36 種

建築物各種建築物的開窗率外遮陽以及玻璃日射透過率的組合如

表 4-1所示每個參數分別有三種水準其中開窗率的設定分別是 25

5075對應的窗戶高度如圖 4-2 所示

50

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

圖 4-2 模擬平面外牆開窗之情況

模擬的遮陽型態設定為水平外遮陽根據 ENVLOAD 計算規範

外遮陽修正係由遮陽板深度及窗高度的比值 tanφ 所決定之有關於

tanφ 的定義方式如圖 4-3 所示本研究所設定的 tanφ 為無水平外遮

陽時tanφ=0短遮陽板 tanφ=2 和長遮陽板 tanφ=5 三種所設定的

遮陽深度 tanφ與外遮陽修正係數 Ki 值則如表 4-1 所示玻璃種類則

為 6mm 之透明玻璃棕色玻璃反射玻璃與 Low-E 玻璃四種玻璃設

定四種玻璃的日射透過率 ηi 值如表 4-2 所示

51

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

水平遮陽板

tanφ=2X1X

φ

圖 4-3 水平遮陽 tanφ的定義

表 4-1 不同水平外遮陽的修正係數Ki

正東方位 正南方位 正東西位 正北方位

tanφ = 0 10 10 10 10 tanφ = 2 056 050 058 065 tanφ = 5 079 074 080 082

表 4-2 不同玻璃種類之透射率ηi值

玻璃種類 玻璃日射透過率(ηi) 6mm 清玻璃 077 6mm 棕色玻璃 048 6mm 反射玻璃 015 6mm Low-E 玻璃 068

將每一種組合的開窗面積遮陽係數以及玻璃穿透率等參數帶入

ENVLOAD 計算可以計算出各種組合建築的 ENVLOAD 值如表 4-3

所示

52

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

表 4-3 模擬外殼變數與 ENVLOAD 值

編 號

開窗比率 遮陽型式 玻璃種類 EnvLoad(kWhm2yr)

tanφ 台北 台中 高雄 1 25 0 透明 758 1092 1401 2 25 0 棕色 612 881 1133 3 25 0 反射 446 639 829 4 25 0 Low-E 712 1027 1318 5 50 0 透明 589 847 1091 6 50 0 棕色 507 728 940 7 50 0 反射 413 592 768 8 50 0 Low-E 564 810 1044 9 75 0 透明 674 971 1248 10 75 0 棕色 560 805 1038 11 75 0 反射 430 616 799 12 75 0 Low-E 639 919 1182 13 25 2 透明 1145 1655 2113 14 25 2 棕色 853 1231 1577 15 25 2 反射 521 749 967 16 25 2 Low-E 1054 1524 1946 17 50 2 透明 808 1165 1492 18 50 2 棕色 643 926 1190 19 50 2 反射 456 654 846 20 50 2 Low-E 757 1091 1398 21 75 2 透明 978 1412 1805 22 75 2 棕色 749 1080 1385 23 75 2 反射 489 702 907 24 75 2 Low-E 907 1309 1675 25 25 5 透明 1532 2218 2824 26 25 5 棕色 1095 1582 2020 27 25 5 反射 597 859 1106 28 25 5 Low-E 1396 2020 2574 29 50 5 透明 1027 1482 1893 30 50 5 棕色 780 1123 1440 31 50 5 反射 498 715 924 32 50 5 Low-E 951 1371 1752 33 75 5 透明 1282 1853 2363 34 75 5 棕色 939 1355 1733 35 75 5 反射 548 788 1016 36 75 5 Low-E 1176 1699 2167

53

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

模擬建築的空調需求量除了受到建築外殼負荷影響之外也受到

不同的室內負荷密度的影響本研究設定了三種室內負荷發熱度分

別是正常密度減少 50密度及增加 50密度三種如表 4-4 所示

室內發熱的設定則包含了照明密度人員密度設備密度等因子

表 4-4 室內負荷設定

密內負荷密度

減少 50 密內負荷密度

減少正常 密內負荷密度

減少 50 照明密度(Wm2) 10 20 30 人員密度(人m2) 01 05 03 設備密度(Wm2) 5 10 15

54

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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86

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山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

4-2 主機容量效率的檢討

防止主機超量設計的 EAC 評估合格的兩大要件之一在 EAC

的規定中HSC≦135而 HSC 的計算式為

ACsc HSC＝ ≦135 (4-1)

ACs

ACsc=08times(a0+a1timesENVLOAD+a2timesr) (42)

AFc ACs＝ (4-3)

ΣHCi

其中 ACsc 稱為主機最大供應面積圖 4-4 為編號 1716 和

25 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 之比較圖從圖中可以明

顯看到在北中南三區有不同的 ACsc 值但是根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals 所提供的資料北中南三區的設計資

料幾乎沒有差異如表 4-5 所示最主要的原因是 ENVLOAD 用的

氣象數據是全年的資料(北中南有明顯差異)而非設計空調主機

容量所用的設計日資料(北中南無明顯差異)

圖 4-4 四種建築物在北部中部和南部的 ACsc 的比較圖

55

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

56

表 4-5 台灣地區空調設計氣象資料

04 1 2 緯度 經度

DB MWB DB MWB DB MWB

高雄 2258N 12035E 331 263 324 261 321 261

台中 2418N 12065E 342 277 338 276 330 274

台北 2507N 12155E 346 268 339 267 331 266

ACsc 的預測式還有一個問題在設計空調主機容量時技師考

慮的負荷有三種外殼負荷內部負荷以及外氣負荷根據 ASHRAE

Handbook of Fundamentals內部負荷的密度也是個變數它會隨著使

用強度而變但是 ACsc 公式只是外殼負荷的函數圖 4-5 說明了當

內部負荷密度不同時 ACsc 造成的預測誤差

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

圖 4-5 原計算方式與本研究之計算方式之 ACsc 結果

57

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

本文從兩個方面提出了可以解決 ACsc 所面臨問題的方法

(一)由於設計日的氣象條件相同所以將 ACsc 單純化為建築外殼的

參數也就是在 ENVLOAD 的簡算式中

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (4-4)

(二)由於內部負荷密度也是個參數所以只要在 ACsc 在預測中增加

一個代表內部負荷密度的參數即可是故公式於空調主機最大供應

面積計算時應將室內負荷量值計入估算以符合於室內負荷量較大

時之空調需求以及避免於室內負荷較小時所造成空調設備量的

超大浪費

由第二章第二節所述的 VRV 設備量的選定方法可以知道空調主

機最大供應面積 ACsc 計算式中應先配合不同空間的尖峰空調需求

分別計算後再據以求得室外機容量噸數內周區與外周區的空調負

荷大為不同內周區除了室內負荷之外因緊接建築外殼而受外界氣

候影響較大而外周區又因方位的不同而有不同的空調需求所以因

應不同分區的尖峰空調需求而選用不同的室內主機經由總冷氣能力

而選得主機之設備量故吾等將以室內負荷密度發熱值 G 與其空間

對應的外殼開窗修正值為參數進行迴歸分析所建立之各區空調尖

峰需求 PEAK 為

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi

經由迴歸之結果如下表 4-6 所示

58

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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6 Steven Meyers Evan Mills Allan Chen and Laura Demsetz ldquoBuilding

Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

7 American Society of Heating refrigerating and Air-Conditioning

EngineersInc ldquoASHRAE Handbook FUNDAMENTALSrdquo2001

8 林憲德著「現代人類的居住環境」胡氏圖書出版社民國 83 年

9 林憲德著「建築節能法規的解說與實例專輯」內政部營建署民

國 86 年

10 林憲德著「建築節約能源設計技術規範與實例」民國 92 年

11 楊冠雄著「建築外殼及空調系統整體耗能評估方法之研究」經

濟部能源委員會民國 79 年

86

12 楊冠雄著「建築物整體能源系統最佳化研究」經濟部能源委員

會民國 81 年

13 黃瑞隆著「空調系統耗能量計算及節能效益分析」國立中山大

學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

表 4-6 PEAK 公式回歸係數

a b c R2

東外周區 0047 0047 1716 096南外周區 0035 0143 1515 095西外周區 0051 0268 1749 095北外周區 0031 0107 1713 097內周區 -00001 - 1701 100

表中R2為與實際情形之相似度整理後可發現東西外周區的迴

歸係收相當接近南北外周區亦相同故嘗試將東西外周區一起

迴歸而南北也一起迴歸而結果如表 4-7 所示

表 4-7 PEAK 公式迴歸係數

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

吾等將建立之 VRV 空調系統之最大供應面積 ACsc 計算式為

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(4-6)

其中

AFc總空調面積(m2)

PEAKi各區空調尖峰需求(kW m2)

AFi各區空調總板面積(m2)

由圖 4-5 可知(4-2)式所計算出的結果主要可能三區45 度線

的區域為最精準但室內負荷若不同則無法精確反映出空調之需

求若以建立之 ACsc 公式則可準確的反應此項參數所產生的變數

確保主機設備量的合理性

59

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

4-3 主機超量設計與耗電量分析

由於 VRV 空調系統有別於一般傳統的定頻窗口機採用變頻與

定頻主機的多聯式組合依空調的需求量來開啟定頻主機再由變頻

主機來彌補定頻系統之不足至於未開機的定頻主機則是處於待機狀

態並未開啟是故超量設計時所增加的是待機的定頻系統而不

是直接影響空調主機的運轉效率進而導致耗電量提升

此節藉由放大一般定頻空調系統與 VRV 空調系統的主機設備量

(即 HSC)比對其於 12 倍14 倍16 倍18 倍及 20 倍時配合

不同室內負荷設定密度分別模擬圖 4-6 為一般定頻系統與 VRV 空

調系統的超大設計與無超大設計時的耗電比值結果由圖可發現一

般的定頻系統在超量設計後耗電量比值有隨之上升的趨勢而 VRV

系統並不會隨著主機的超大設計後而呈現耗電量上升之趨勢當設備

量為 2 倍時全年耗電量的變動範圍為plusmn25而定頻主機因過大設

計導致額外耗電量修正係數(OSF)經過迴歸分析為

OSF = 01207HSC + 08699 R2 = 098 (4-7)

而上式對 VRV 空調系統來說因其超量設計與耗電量並無關係

故其 OSF=1

60

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

圖 4-6 定頻與變頻主機之超大量設計與耗電比關係

61

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

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表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

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66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

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α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

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5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

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表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

4-4 特殊節能效果α4參數分析

EAC評估方式中並未明確定義特殊節能效果α4的比較基準所以

本研究以一般定頻分離式系統的耗電與VRV系統耗電比較作為比較

基準比較方式如下式

VRV 系統全年耗電量 α4＝1 － (4-8) 定頻分離式系統全年耗電量

此節就內周負荷密度正常與外周區係數γ=05 設定下模擬九種

機型的耗電量與定頻分離系統的耗電量再由式(4-8)來計算出α4之

值其結果如表 4-8 所示

62

63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

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63

表 4-8 九種機型於室內負荷正常及γ=05 設定下 36 組α4模擬結果

編號 A 機型 B 機型 C 機型 D 機型 E 機型 F 機型 G 機型 H 機型 I 機型

1 026 016 036 009 031 020 033 022 012 2 026 016 037 010 032 020 034 023 012 3 026 015 036 010 032 020 034 022 012 4 026 016 037 009 032 020 034 022 012 5 026 016 037 010 033 021 035 023 012 6 025 015 036 010 031 020 034 022 012 7 026 015 037 010 033 021 035 023 012 8 025 015 036 009 031 020 034 022 012 9 026 016 037 010 032 020 034 022 012 10 026 016 037 010 033 021 035 023 012 11 026 015 037 010 032 020 035 023 012 12 026 016 037 010 033 020 035 023 012 13 028 018 039 010 033 021 036 023 013 14 027 017 037 010 031 020 034 022 012 15 026 016 037 010 032 020 034 023 012 16 027 017 037 009 031 020 033 022 012 17 027 017 038 010 033 021 035 023 012 18 026 016 036 010 031 020 034 022 012 19 025 016 036 010 031 020 034 022 012 20 026 016 036 009 031 020 034 022 012 21 028 018 038 010 033 021 035 023 012 22 027 017 038 010 032 020 035 023 012 23 026 016 037 010 033 021 035 023 012 24 027 017 038 010 032 020 035 023 012 25 029 019 040 010 034 021 036 024 013 26 029 019 040 011 034 021 036 024 013 27 027 017 038 010 033 021 035 023 012 28 028 018 040 010 034 021 036 023 013 29 027 018 038 010 032 020 035 023 012 30 028 018 039 011 034 021 036 023 013 31 026 016 037 010 033 021 035 023 012 32 027 017 037 010 032 020 034 022 012 33 029 019 040 010 034 021 036 023 013 34 028 018 040 011 034 021 036 022 013 35 026 016 036 010 031 020 034 023 012 36 028 018 039 010 034 021 036 023 012

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

64

由表 4-8 可得知在不同的建築組合下會有不同的α4之值亦

說明了VRV系統之特殊節能效果α4會隨著不同的系統與建築物負荷

條件而有所改變各機型有其不同的範圍而α4值愈高代表其節能效

果愈好

由於特殊節能效果的良莠與否主要還是取決於其系統的好壞此

章節藉由選擇美國ARI Standard 550590-1998 所訂之總部份負載效率

(Integral Part Load Value IPLV)除以主機性能係數(COP)做為系統特

性參數並期望能以各別的VRV空調系統之IPLVCOP值得到接近

該系統實際的α4值在此節將以IPLV作為預測α4值之原因為此評估方

式將冷氣效能分別於 100755025時作評估能夠更準確

的反映出其空調之優劣藉由各系統IPLV評估結果之優劣預測特殊節

能效果α4值之高低總部份負載效率之測定方式為

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (4-9)

A = 於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B = 於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C = 於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D = 於 25製冷能力時之 EER 或 COP

加權係數計算基礎為美國 29 個都市每週運 5 天一天 12 小時

另一模式為一週 7 天一天 24 小時表 4-9 為 IPLV 計算公式加權係

數與測試條件由表中可發現 75與 50的比重較大亦即在 VRV

空調機在 100及 25的運轉時間是最少的而在 50及 75的運轉

時間是最多的故 VRV 空調系統的好壞其在 50及 75的運轉效

率也是重要指標之一

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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86

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山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

表 4-9 負載的加權係數比重

加權負載點

(Part-load point)

加權比重

1998 Standard

氣冷式空氣入口

乾球溫度

100 1 350

75 42 267

50 45 183

25 12 128

而各系統的IPLVCOP值與各系統的α4值之關係如圖 4-7其所建

立之預測回歸公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP R2=088 (4-10)

圖 4-7 九組系統的α4與IPLVCOP值之關係

65

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

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濟部能源委員會民國 79 年

86

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學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

66

4-5 EAC 公式的加權配比分析

現行之 EAC 計算公式主要為考量大型中央空調系統發展而

來因此其節能項目主要分為三大區塊分別為空調主機(壓縮機)

冰水泵送風機各配以 6020及 20權重而成然而對於

VRV 系統而言冰水泵並不存在是故評估 VRV 空調系統時之節能

項目加權比重有其修正之必要

因VRV無冰水泵故主要耗電多在於空調主機而特殊節能效率

α4可由各廠商之變頻主機的IPLV及COP值得知下一步則為了解VRV

系統之空調主機與送風機之用電比例即可重新修正VRV系統節能項

目之加權比重

以一般定頻系統於不同 3 種室內負荷密度設定與不同的 5 種外周

區係數設定下以及不同的 36 種外殼設定下分別模擬出不同設定下

的室外主機與五種不同的室內機(坎頂雙流式坎頂多流式坎頂內

藏式坎頂後吸式及坎頂風管式室內機)的全年耗電兩者加總之值

即為全空調系統的全年耗電再將之與室外主機之全年耗電量之比值

即可知道室外主機在全空調系統的比重其結果如圖 4-8 所示可以

發現主機側與全空調系統比值並不受室內負荷外周區係數以及外殼

耗能的影響圖中室外機耗電比率約為 092故空調主機與送風機於

EAC 公式之權重為空調主機為 90權重送風機則配以 10權重

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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2003

2 Jeff S Haberl W Dan Turner David E Claridge ldquoDevelopment of a

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Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

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86

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14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

圖 4-8 主機空調耗電比率與主機最大供應面積關係圖

67

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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2003

2 Jeff S Haberl W Dan Turner David E Claridge ldquoDevelopment of a

Methodology for Baselining the Energy Use of Large Multi-Building

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Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

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Dynamic and Energy Use in Building-Part Irdquo ASHRAE Transactions

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Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

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10 林憲德著「建築節約能源設計技術規範與實例」民國 92 年

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濟部能源委員會民國 79 年

86

12 楊冠雄著「建築物整體能源系統最佳化研究」經濟部能源委員

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13 黃瑞隆著「空調系統耗能量計算及節能效益分析」國立中山大

學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

第五章 VRV 系統之 EAC 評估方式與範例計算

5-1 VRV 空調系統節能評估方法

由第一章第二節可知EAC 評估方法是以 1防止主機超量設計

2鼓勵高效率主機 3獎勵空調節能技術等三項因子之加權合格的判

斷必須同時滿足

(一)合理設備容量管制 HSC

HSC = ACsACsc ≦ 135 (5-1)

ACsc = sf times (a0 + a1 times ENVLOAD + a2 times γ) (5-2)

ENVLOAD = a times Aen

IHkiKiAi timestimestimes iηΣ +b (5-3)

(二)空調系統節能效率管制 EAC

EAC = [06timesHSCtimes ( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08 (5-4)

Rs =10－Σ(αj times rj) (5-5)

Rf =10－α10 times r10 (5-6)

Rp =10－Σ(αj times rj) (5-7)

Rm =10－Σβk (5-8)

而 5-4 式經簡化為下式

EAC = [06timesHSCtimes08+02times06+02times08]timesRm

Rs Rf Rp

= [048timesHSC+028] timesRm (5-9)

然而 EAC 合格標準為同時滿足 EAC≦08 以及 HSC≦135所以

在總系統節能效率=10(無任何監控時)HSC≧108 時 EAC 即會大於

08(不合格)而總系統節能效率=090 時HSC≧127即會大於 08(不

合格)所以 HSC≦135 式猶如形同虛設但如果經由本文所建立的

VRV 空調系統節能效率評估方式則必須同時滿足下二式

68

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

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86

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14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

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證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

HSC = ACsACsc

≦135 (5-10)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (5-11)

公式 5-105-11 諸變項之計算公式如下

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (5-12)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(5-13)

AFc ACs＝ (5-14)

ΣHCi

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (5-15)

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (5-16)

Rf=10-α10timesr10 (5-17)

Rm=10-Σβk (5-18)

其中

HSC主機容量效率

ACs冰水主機設計供應面積(m2USRT)

ACsc冰水主機最大供應面積(m2USRT)

EAC空調系統節能效率

OSF額外耗電量修正系數(VRV 系統時為 1定頻系統則為

OSF=01207timesHSC+08699)

HCi各空調主機容量包括備載容量(USRT)

COPpi空調主機設計性能係數

COPci空調主機設計性能係數標準如表 5-1 所示

Rf送風系統節能效率

Rm其他總系統節能效率

69

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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2003

2 Jeff S Haberl W Dan Turner David E Claridge ldquoDevelopment of a

Methodology for Baselining the Energy Use of Large Multi-Building

Central Plantsrdquo ASHRAE Transactions Vol1082002

3 James B Rishel ldquoThe Measurement of Energy Consumption in kW

Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

August 2001

4 Gil Avery ldquoImproving the Efficiency of Chilled Water Plantsrdquo

ASHRAE Journal May 2001

5 RJ Hackner JW Mitcell and WA Beckman ldquoHVAC System

Dynamic and Energy Use in Building-Part Irdquo ASHRAE Transactions

Vol901984

6 Steven Meyers Evan Mills Allan Chen and Laura Demsetz ldquoBuilding

Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

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EngineersInc ldquoASHRAE Handbook FUNDAMENTALSrdquo2001

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國 86 年

10 林憲德著「建築節約能源設計技術規範與實例」民國 92 年

11 楊冠雄著「建築外殼及空調系統整體耗能評估方法之研究」經

濟部能源委員會民國 79 年

86

12 楊冠雄著「建築物整體能源系統最佳化研究」經濟部能源委員

會民國 81 年

13 黃瑞隆著「空調系統耗能量計算及節能效益分析」國立中山大

學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

70

α4空調系統特殊節能效率

AFc總空調面積(m2)

AFi各區空調面積(m2)

PEAKi空調尖峰需求量(kW)

Ai空調區窗面部位面積(m2)

Ki開窗之外遮陽係數

ηi玻璃日射透過率

Gi室內發熱G值(Kw m2)

abc迴歸係數如表 5-2 所示

IPLV總部份負載效率

A於 100製冷能力時之 EER 或 COP

B於 75製冷能力時之 EER 或 COP

C於 50製冷能力時之 EER 或 COP

D於 25製冷能力時之 EER 或 COP

α10空調系統節能技術效率標準

r10空調節能技術採用率

βk其他總系統節能技術效率標準

表 5-1 空調系統主機性能係數標準COPci

氣冷式全機種 279分離式變頻冷氣機 273

表 5-2 PEAK 公式迴歸係數 abc

a b c R2

東西外周區 0049 0258 1732 095南北外周區 0033 0124 1614 095

內周區 -00001 - 1701 100

如上式 5-10 至 5-16 所示計算空調系統節能效率有以下幾個

步驟

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

1 Igor Dubov ldquoChilled Water Plant Efficiencyrdquo ASHARE Journal June

2003

2 Jeff S Haberl W Dan Turner David E Claridge ldquoDevelopment of a

Methodology for Baselining the Energy Use of Large Multi-Building

Central Plantsrdquo ASHRAE Transactions Vol1082002

3 James B Rishel ldquoThe Measurement of Energy Consumption in kW

Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

August 2001

4 Gil Avery ldquoImproving the Efficiency of Chilled Water Plantsrdquo

ASHRAE Journal May 2001

5 RJ Hackner JW Mitcell and WA Beckman ldquoHVAC System

Dynamic and Energy Use in Building-Part Irdquo ASHRAE Transactions

Vol901984

6 Steven Meyers Evan Mills Allan Chen and Laura Demsetz ldquoBuilding

Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

7 American Society of Heating refrigerating and Air-Conditioning

EngineersInc ldquoASHRAE Handbook FUNDAMENTALSrdquo2001

8 林憲德著「現代人類的居住環境」胡氏圖書出版社民國 83 年

9 林憲德著「建築節能法規的解說與實例專輯」內政部營建署民

國 86 年

10 林憲德著「建築節約能源設計技術規範與實例」民國 92 年

11 楊冠雄著「建築外殼及空調系統整體耗能評估方法之研究」經

濟部能源委員會民國 79 年

86

12 楊冠雄著「建築物整體能源系統最佳化研究」經濟部能源委員

會民國 81 年

13 黃瑞隆著「空調系統耗能量計算及節能效益分析」國立中山大

學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

A 計算主機容量設計

1 計算不同面向之外周區空調區總面積與內周區總面積 AFi

2 計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai外遮陽係數 Ki玻璃日

射透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen

3 計算室內發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

4 以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

5 以公式 5-13 計算整棟建築物 VRV 主機設計供應面積 ACsc

6 以公式 5-14 計算 VRV 主機最大供應面積 ACs

7 計算 VRV 主機容量效率 HSC 是否小於等於 135

B 計算主機容量效率

計算( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

C計算特殊節能效率α4

1 計算總部份負載效率 IPLV

2 由公式 5-16 計算α4

D計算送風系統節能效率

計算Rf=10-α10timesr10

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

計算Rm=10-Σβk

F計算空調節能系統效率 EAC

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08

71

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

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2003

2 Jeff S Haberl W Dan Turner David E Claridge ldquoDevelopment of a

Methodology for Baselining the Energy Use of Large Multi-Building

Central Plantsrdquo ASHRAE Transactions Vol1082002

3 James B Rishel ldquoThe Measurement of Energy Consumption in kW

Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

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Dynamic and Energy Use in Building-Part Irdquo ASHRAE Transactions

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Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

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EngineersInc ldquoASHRAE Handbook FUNDAMENTALSrdquo2001

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濟部能源委員會民國 79 年

86

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學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

72

5-2 公式應用於實際案例

(一)建築基本資料

1 此建築位於中部地區基地面積 171135m2建築面積 93311 m2

法定建比率為 60為地上四層地下一層之建築作郵局使用

總樓地板面積為 434162 m2

2 構造為 RC 構造一樓外牆為 RC 牆外以花崗石乾式工法施工

內部乾式花崗石二三樓外牆貼丁掛磚屋頂為泡沫混凝土隔

熱內部隔間牆為矽酸鈣輕隔間

3 空調系統採用可變冷媒空調系統以一台室外機供應多台室內分

離式空調機主機容量共 182 噸規範說明如表 5-3 及 5-4

4 建築外殼耗能量(ENVLOAD)計算結果 6593(kWh m2-fl-areayr)

5 照明設備採用如表 5-5 及 5-6 所示

表 5-3 變頻多聯式室外機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)

SCH-1 1 落地上吹式 20000 864

SCH-2~13 11 落地上吹式 50000 2075

表 5-4 變頻多聯式室內機規範說明

符號 數量 說明 冷房能力(kcalhr) 消耗電功率(kW)200 3 吊掛隱蔽式室內機 20000 120 125 35 吊掛隱蔽式室內機 12500 040 100 18 吊掛隱蔽式室內機 10000 029 63 2 吊掛隱蔽式室內機 6300 022 50 1 吊掛隱蔽式室內機 5000 020 40 4 吊掛隱蔽式室內機 4000 019

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

1 Igor Dubov ldquoChilled Water Plant Efficiencyrdquo ASHARE Journal June

2003

2 Jeff S Haberl W Dan Turner David E Claridge ldquoDevelopment of a

Methodology for Baselining the Energy Use of Large Multi-Building

Central Plantsrdquo ASHRAE Transactions Vol1082002

3 James B Rishel ldquoThe Measurement of Energy Consumption in kW

Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

August 2001

4 Gil Avery ldquoImproving the Efficiency of Chilled Water Plantsrdquo

ASHRAE Journal May 2001

5 RJ Hackner JW Mitcell and WA Beckman ldquoHVAC System

Dynamic and Energy Use in Building-Part Irdquo ASHRAE Transactions

Vol901984

6 Steven Meyers Evan Mills Allan Chen and Laura Demsetz ldquoBuilding

Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

7 American Society of Heating refrigerating and Air-Conditioning

EngineersInc ldquoASHRAE Handbook FUNDAMENTALSrdquo2001

8 林憲德著「現代人類的居住環境」胡氏圖書出版社民國 83 年

9 林憲德著「建築節能法規的解說與實例專輯」內政部營建署民

國 86 年

10 林憲德著「建築節約能源設計技術規範與實例」民國 92 年

11 楊冠雄著「建築外殼及空調系統整體耗能評估方法之研究」經

濟部能源委員會民國 79 年

86

12 楊冠雄著「建築物整體能源系統最佳化研究」經濟部能源委員

會民國 81 年

13 黃瑞隆著「空調系統耗能量計算及節能效益分析」國立中山大

學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

73

表 5-5 照明空面積設計表

樓層 空間明稱編號 空間名稱 設計照度(Lx) 面積Ai(m2) 1F 100 公眾廳 500 155 1F 101 營業廳 500 150 1F 102 自助餐廳 500 33 1F 114 門廳 300 44 2F 201 辦公室 500 277 2F 202 休息室 300 32 2F 203 休息室 300 32 2F 213 門廳 300 44 2F 215 郵件工作室 500 254 3F 301 辦公室 500 277 3F 302 休息室 300 87 3F 311 門廳 300 44 3F 313 郵件工作室 500 254 4F 401 辦公室 500 416 4F 404 門廳 300 154

表 5-6 照明設備數量表

空間明稱編號 燈具種類 光源種類 燈具總數量 ni 每盞燈具之 光源功率 wi

安定器

係數 Bi1F100 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 22 40times3 08 1F101 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 25 40times3 08 1F102 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 7 40times2 08 1F114 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F201 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 2F202 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F203 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 4 40times2 08 2F213 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 2F215 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 3F301 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 40 40times3 08 3F302 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 12 40times3 08 3F311 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 6 40times2 08 3F313 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 36 40times3 08 4F401 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 64 40times3 08 4F404 室 T-BAR 燈 40W 螢光燈 20 40times2 08

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

1 Igor Dubov ldquoChilled Water Plant Efficiencyrdquo ASHARE Journal June

2003

2 Jeff S Haberl W Dan Turner David E Claridge ldquoDevelopment of a

Methodology for Baselining the Energy Use of Large Multi-Building

Central Plantsrdquo ASHRAE Transactions Vol1082002

3 James B Rishel ldquoThe Measurement of Energy Consumption in kW

Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

August 2001

4 Gil Avery ldquoImproving the Efficiency of Chilled Water Plantsrdquo

ASHRAE Journal May 2001

5 RJ Hackner JW Mitcell and WA Beckman ldquoHVAC System

Dynamic and Energy Use in Building-Part Irdquo ASHRAE Transactions

Vol901984

6 Steven Meyers Evan Mills Allan Chen and Laura Demsetz ldquoBuilding

Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

7 American Society of Heating refrigerating and Air-Conditioning

EngineersInc ldquoASHRAE Handbook FUNDAMENTALSrdquo2001

8 林憲德著「現代人類的居住環境」胡氏圖書出版社民國 83 年

9 林憲德著「建築節能法規的解說與實例專輯」內政部營建署民

國 86 年

10 林憲德著「建築節約能源設計技術規範與實例」民國 92 年

11 楊冠雄著「建築外殼及空調系統整體耗能評估方法之研究」經

濟部能源委員會民國 79 年

86

12 楊冠雄著「建築物整體能源系統最佳化研究」經濟部能源委員

會民國 81 年

13 黃瑞隆著「空調系統耗能量計算及節能效益分析」國立中山大

學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

(二)使用原評估方式計算

A主機容量設計

1先計算空調系統之外周區總面積 AFp 與空調系統之內部區總面積

AFi 以及總空調面積 AFc

空調系統之外周區總面積AFp=161639m2

空調系統之外周區總面積AFi=67161 m2

總空調面積AFc=AFp+AFi=161639+67161=2288 m2

2計算空調系統外周區係數 γ

AFp-AFi(n-1) 161639-67161(4-1) γ＝ = =061 AFp+AFi 161639+67161

3計算 ACsc

ACsc = Sf times (a0+a1timesENVLOAD+a2timesγ)

ACsc=08times(634+(-0127)times6791+(-315)times061)=2844

4計算 ACs

2288 ACs = = 1257 182

5計算主機容量效率 HSC

2844 HSC = = 226≧135 1257

故其設備量過大不合格假設申請單位將設備量降低為

HSC=135

B主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

74

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

1 Igor Dubov ldquoChilled Water Plant Efficiencyrdquo ASHARE Journal June

2003

2 Jeff S Haberl W Dan Turner David E Claridge ldquoDevelopment of a

Methodology for Baselining the Energy Use of Large Multi-Building

Central Plantsrdquo ASHRAE Transactions Vol1082002

3 James B Rishel ldquoThe Measurement of Energy Consumption in kW

Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

August 2001

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Dynamic and Energy Use in Building-Part Irdquo ASHRAE Transactions

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Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

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86

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學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

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山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

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尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

C 熱源系統節能效率Rs

此建築物採用之VRV變頻系統為α4=02故Rs=10-02=08

D 送風系統節能效率Rf

全部空調系統皆採用分段變速系統可自動依室溫調整送風速

度α10=04故送風系統節能效率Rf =1-(04times1)=06

E 送水送冷媒系統節能效率Rp

系統使用變冷媒量VRV系統α12=02故送水送冷媒系統節能效

率Rp =1-02=08

F自然能源再生能源節能管理等其他系統節能效率Rm

因無使用任何之自然能源再生能源節能管理等其他系統節能

措施故Rm=10

G代入 EAC 公式進行 EAC 評估

75

)EAC = [06timesHSCtimes ( )(sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi timesRs+02timesRf+02timesRp]timesRm≦08

A 機型

EAC=[06times135times093times08+02times06+02times08] times10=088＞08(不合格)

B 機型

EAC=[06times135times0975times08+02times06+02times08] times10=091＞08(不合格)

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

1 Igor Dubov ldquoChilled Water Plant Efficiencyrdquo ASHARE Journal June

2003

2 Jeff S Haberl W Dan Turner David E Claridge ldquoDevelopment of a

Methodology for Baselining the Energy Use of Large Multi-Building

Central Plantsrdquo ASHRAE Transactions Vol1082002

3 James B Rishel ldquoThe Measurement of Energy Consumption in kW

Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

August 2001

4 Gil Avery ldquoImproving the Efficiency of Chilled Water Plantsrdquo

ASHRAE Journal May 2001

5 RJ Hackner JW Mitcell and WA Beckman ldquoHVAC System

Dynamic and Energy Use in Building-Part Irdquo ASHRAE Transactions

Vol901984

6 Steven Meyers Evan Mills Allan Chen and Laura Demsetz ldquoBuilding

Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

7 American Society of Heating refrigerating and Air-Conditioning

EngineersInc ldquoASHRAE Handbook FUNDAMENTALSrdquo2001

8 林憲德著「現代人類的居住環境」胡氏圖書出版社民國 83 年

9 林憲德著「建築節能法規的解說與實例專輯」內政部營建署民

國 86 年

10 林憲德著「建築節約能源設計技術規範與實例」民國 92 年

11 楊冠雄著「建築外殼及空調系統整體耗能評估方法之研究」經

濟部能源委員會民國 79 年

86

12 楊冠雄著「建築物整體能源系統最佳化研究」經濟部能源委員

會民國 81 年

13 黃瑞隆著「空調系統耗能量計算及節能效益分析」國立中山大

學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

76

C 機型

EAC=[06times135times076times08+02times06+02times08] times10=0 77＜0 8 (合格)

原設計採用低效率的 B 機型 VRV 系統EAC 評估不合格改採

用較高效率的 A 機型 VRV 系統EAC 評估仍不合格因某些因素

例如設備太貴而不採用 C 機型 VRV 系統因無法符合 RAC 標準

放棄採用較節能的 VRV 系統而改採用較不節能之定頻分離系統以

逃避 EAC 評估

(三)使用本文建立之評估方式計算

A主機容量設計

1先計算不用面向之外周空調區總面積與內周區總面積 AFi

其各外周區及內周區的空調面積詳例如下

西外周區296 m2

北外周區43828 m2

東外周區2095 m2

南外周區4528 m2

內周區88542m2

AFc=296+43828+2095+4528+88542=2288 m2

2計算不同面向外周空調區的開窗面積 Ai遮陽係數 Ki玻璃日射

透過率 ηi 與建築外殼總面積 Aen而其 ENVLOAD 所需的數據及計

算結果如表 5-7 所示

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

1 Igor Dubov ldquoChilled Water Plant Efficiencyrdquo ASHARE Journal June

2003

2 Jeff S Haberl W Dan Turner David E Claridge ldquoDevelopment of a

Methodology for Baselining the Energy Use of Large Multi-Building

Central Plantsrdquo ASHRAE Transactions Vol1082002

3 James B Rishel ldquoThe Measurement of Energy Consumption in kW

Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

August 2001

4 Gil Avery ldquoImproving the Efficiency of Chilled Water Plantsrdquo

ASHRAE Journal May 2001

5 RJ Hackner JW Mitcell and WA Beckman ldquoHVAC System

Dynamic and Energy Use in Building-Part Irdquo ASHRAE Transactions

Vol901984

6 Steven Meyers Evan Mills Allan Chen and Laura Demsetz ldquoBuilding

Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

7 American Society of Heating refrigerating and Air-Conditioning

EngineersInc ldquoASHRAE Handbook FUNDAMENTALSrdquo2001

8 林憲德著「現代人類的居住環境」胡氏圖書出版社民國 83 年

9 林憲德著「建築節能法規的解說與實例專輯」內政部營建署民

國 86 年

10 林憲德著「建築節約能源設計技術規範與實例」民國 92 年

11 楊冠雄著「建築外殼及空調系統整體耗能評估方法之研究」經

濟部能源委員會民國 79 年

86

12 楊冠雄著「建築物整體能源系統最佳化研究」經濟部能源委員

會民國 81 年

13 黃瑞隆著「空調系統耗能量計算及節能效益分析」國立中山大

學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

77

表 5-7 開窗面積外遮陽係數玻璃日射透過率與建築外殼總面積

Ai Ki ηi Aen AitimesKitimesηi Aen

西外周區 14452 024 038 34682 0038

北外周區 59025 046 038 40161 0026

東外周區 858 1 038 24076 0135

南外周區 537 042 038 42210 0020

3計算室內總發熱值 Gi其中包括人員發熱設備發熱以及照明發熱

其中人員發熱之計算因為場地為郵局應有較多的洽公人員

故室內人員之發熱量選定為一般室內人員發熱量的 15 倍設備發熱

量則選定一般室內發熱的參考值照明的熱則依照綠建築證書審查報

告書的照明系統節能效率評估表計算出

照明發熱如表 5-5 及 5-6 所示計算出總照明面積ΣAi=2253 m2

燈具總的熱量Σ(nitimeswiBi)=4655W故室內每米樓面積照明發熱量

4655kW2253 m2=0021 kW m2

室內發熱人員的發熱量為 0038 kW m2設備發熱量為 0010

kW m2照明發熱在為 0021 kW m2故室內總發熱值為

Gi=0038+0010+0021=0069 kW m2

4以公式 5-12 計算各區的 PEAKi 值

西外周區PEAK=0049+0258times0038+1732times0069=0178 kW m2

北外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

東外周區PEAK=0049+0258times0135+1732times0069=0203 kW m2

南外周區PEAK=0033+0124times0038+1614times0069=0149 kW m2

內周區PEAK=-00001+1732times0069=0119 kW m2

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

1 Igor Dubov ldquoChilled Water Plant Efficiencyrdquo ASHARE Journal June

2003

2 Jeff S Haberl W Dan Turner David E Claridge ldquoDevelopment of a

Methodology for Baselining the Energy Use of Large Multi-Building

Central Plantsrdquo ASHRAE Transactions Vol1082002

3 James B Rishel ldquoThe Measurement of Energy Consumption in kW

Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

August 2001

4 Gil Avery ldquoImproving the Efficiency of Chilled Water Plantsrdquo

ASHRAE Journal May 2001

5 RJ Hackner JW Mitcell and WA Beckman ldquoHVAC System

Dynamic and Energy Use in Building-Part Irdquo ASHRAE Transactions

Vol901984

6 Steven Meyers Evan Mills Allan Chen and Laura Demsetz ldquoBuilding

Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

7 American Society of Heating refrigerating and Air-Conditioning

EngineersInc ldquoASHRAE Handbook FUNDAMENTALSrdquo2001

8 林憲德著「現代人類的居住環境」胡氏圖書出版社民國 83 年

9 林憲德著「建築節能法規的解說與實例專輯」內政部營建署民

國 86 年

10 林憲德著「建築節約能源設計技術規範與實例」民國 92 年

11 楊冠雄著「建築外殼及空調系統整體耗能評估方法之研究」經

濟部能源委員會民國 79 年

86

12 楊冠雄著「建築物整體能源系統最佳化研究」經濟部能源委員

會民國 81 年

13 黃瑞隆著「空調系統耗能量計算及節能效益分析」國立中山大

學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

5以公式 5-13 計算整棟建築物空調設計供應面積 ACsc

計算各區之 PEAKitimesAFi

西外周區0178times296=5230kW

北外周區0149times43828=6530 kW

東外周區0203times2095=4253 kW

南外周區0149times4528=6747 kW

內周區0119times88542=10536 kW

所以PEAKitimesAfi=33296kW故ACsc=52396332

2288 =2419 m2USRT

6計算空調的最大供應面積 ACs

場地使用 VRV 分離式空調系統主機容量共 182 噸故

ACs=2288182=1257

7計算主機容量效率

HSC=57121924 =192gt135(不合格)

故其設備量過大故假設申請單位將設備量降至 HSC=135

B計算主機效率

此建築採用變冷媒量VRV空調系統若使用COP pi=295 之A機

型COP pi=280 之B機型COP pi=359 之C機型則

182times273 A 主機之主機效率 = 093 182times295

182times273 B 主機之主機效率 = 0975 182times280

182times273 C 主機之主機效率 = 076 182times359

78

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

1 Igor Dubov ldquoChilled Water Plant Efficiencyrdquo ASHARE Journal June

2003

2 Jeff S Haberl W Dan Turner David E Claridge ldquoDevelopment of a

Methodology for Baselining the Energy Use of Large Multi-Building

Central Plantsrdquo ASHRAE Transactions Vol1082002

3 James B Rishel ldquoThe Measurement of Energy Consumption in kW

Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

August 2001

4 Gil Avery ldquoImproving the Efficiency of Chilled Water Plantsrdquo

ASHRAE Journal May 2001

5 RJ Hackner JW Mitcell and WA Beckman ldquoHVAC System

Dynamic and Energy Use in Building-Part Irdquo ASHRAE Transactions

Vol901984

6 Steven Meyers Evan Mills Allan Chen and Laura Demsetz ldquoBuilding

Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

7 American Society of Heating refrigerating and Air-Conditioning

EngineersInc ldquoASHRAE Handbook FUNDAMENTALSrdquo2001

8 林憲德著「現代人類的居住環境」胡氏圖書出版社民國 83 年

9 林憲德著「建築節能法規的解說與實例專輯」內政部營建署民

國 86 年

10 林憲德著「建築節約能源設計技術規範與實例」民國 92 年

11 楊冠雄著「建築外殼及空調系統整體耗能評估方法之研究」經

濟部能源委員會民國 79 年

86

12 楊冠雄著「建築物整體能源系統最佳化研究」經濟部能源委員

會民國 81 年

13 黃瑞隆著「空調系統耗能量計算及節能效益分析」國立中山大

學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

C計算特殊節能效率α4

1計算 ABC 機型總部份負載效率 IPLV表 5-8 為不同製冷能力

時之冷氣能力與耗電量(kW)

表 5-8 ABC 機型於不同製冷能力時之冷氣能力(kW)與耗電量(kW)

100 75 50 25

冷氣能力 560 420 280 140 A 機型

耗電量值 190 1004 56 27

冷氣能力 582 4366 291 146 B 機型

耗電量值 190 1292 78 267

冷氣能力 560 420 280 140 C 機型

耗電量值 159 981 536 255

A 機型

於 100製冷能力時之 COP1956 =295

於 75製冷能力時之 COP0410

42 =418

於 50製冷能力時之 COP565

28 =504

於 25製冷能力時之 COP672

14 =524

IPLV=001times295+042times418+045times504+012times524=468

B 機型

於 100製冷能力時之 COP19

258 =306

於 75製冷能力時之 COP92126643 =338

於 50製冷能力時之 COP87129 =373

於 25製冷能力時之 COP6835514 =547

79

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

1 Igor Dubov ldquoChilled Water Plant Efficiencyrdquo ASHARE Journal June

2003

2 Jeff S Haberl W Dan Turner David E Claridge ldquoDevelopment of a

Methodology for Baselining the Energy Use of Large Multi-Building

Central Plantsrdquo ASHRAE Transactions Vol1082002

3 James B Rishel ldquoThe Measurement of Energy Consumption in kW

Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

August 2001

4 Gil Avery ldquoImproving the Efficiency of Chilled Water Plantsrdquo

ASHRAE Journal May 2001

5 RJ Hackner JW Mitcell and WA Beckman ldquoHVAC System

Dynamic and Energy Use in Building-Part Irdquo ASHRAE Transactions

Vol901984

6 Steven Meyers Evan Mills Allan Chen and Laura Demsetz ldquoBuilding

Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

7 American Society of Heating refrigerating and Air-Conditioning

EngineersInc ldquoASHRAE Handbook FUNDAMENTALSrdquo2001

8 林憲德著「現代人類的居住環境」胡氏圖書出版社民國 83 年

9 林憲德著「建築節能法規的解說與實例專輯」內政部營建署民

國 86 年

10 林憲德著「建築節約能源設計技術規範與實例」民國 92 年

11 楊冠雄著「建築外殼及空調系統整體耗能評估方法之研究」經

濟部能源委員會民國 79 年

86

12 楊冠雄著「建築物整體能源系統最佳化研究」經濟部能源委員

會民國 81 年

13 黃瑞隆著「空調系統耗能量計算及節能效益分析」國立中山大

學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

IPLV=001times306+042times338+045times373+012times547=379

C 機型

於 100製冷能力時之 COP5915

56 =359

於 75製冷能力時之 COP819

42 =428

於 50製冷能力時之 COP365

28 =522

於 25製冷能力時之 COP552

14 =549

IPLV=001times359+042times428+045times522+012times549=484

2計算ABC機型之α4

A機型之α4-03452+03523times468295=021

B機型之α4-03452+03523times484359=013

C機型之α4-03452+03523times468295=013

D計算送風系統節能效率

ABC之室內機皆採自動分段變速α10=04採用γ10=1故

Rf=1-040times=06

E計算自然能源再生能源節能管理等其他節能效率

因無使用任合自然能源再生能源節能管理等其他系統節能措

施故Rm=10

F計算 EAC

以公式 5-11 運算其 EAC

A 機型EAC=[09times1times093times(1-021)+01times06]times10=072lt08(合格)

B 機型EAC=[09times1times0975times(1-013)+01times06]times10=082gt08(不合格) 80

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

1 Igor Dubov ldquoChilled Water Plant Efficiencyrdquo ASHARE Journal June

2003

2 Jeff S Haberl W Dan Turner David E Claridge ldquoDevelopment of a

Methodology for Baselining the Energy Use of Large Multi-Building

Central Plantsrdquo ASHRAE Transactions Vol1082002

3 James B Rishel ldquoThe Measurement of Energy Consumption in kW

Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

August 2001

4 Gil Avery ldquoImproving the Efficiency of Chilled Water Plantsrdquo

ASHRAE Journal May 2001

5 RJ Hackner JW Mitcell and WA Beckman ldquoHVAC System

Dynamic and Energy Use in Building-Part Irdquo ASHRAE Transactions

Vol901984

6 Steven Meyers Evan Mills Allan Chen and Laura Demsetz ldquoBuilding

Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

7 American Society of Heating refrigerating and Air-Conditioning

EngineersInc ldquoASHRAE Handbook FUNDAMENTALSrdquo2001

8 林憲德著「現代人類的居住環境」胡氏圖書出版社民國 83 年

9 林憲德著「建築節能法規的解說與實例專輯」內政部營建署民

國 86 年

10 林憲德著「建築節約能源設計技術規範與實例」民國 92 年

11 楊冠雄著「建築外殼及空調系統整體耗能評估方法之研究」經

濟部能源委員會民國 79 年

86

12 楊冠雄著「建築物整體能源系統最佳化研究」經濟部能源委員

會民國 81 年

13 黃瑞隆著「空調系統耗能量計算及節能效益分析」國立中山大

學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

81

C 機型EAC=[09times1times076times(1-013)+01times06]times10=067lt08(合格)

B機型之EAC值並未合格若改使用定頻系統來評估假設定頻

系統之COPci=273 來評估

OSF=01207timesHSC+0866

=01207times135+0866

=103

EAC=[09times103times1times1+01times06] times10

=10gt08(不合格)

由上運算可知若以本文中所建立之 EAC 評估公式來加以評

估一方面可以用來區分 VRV 空調系統的優劣另一方面也可以預

防申請單位採用較耗能的定頻分離式系統

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

1 Igor Dubov ldquoChilled Water Plant Efficiencyrdquo ASHARE Journal June

2003

2 Jeff S Haberl W Dan Turner David E Claridge ldquoDevelopment of a

Methodology for Baselining the Energy Use of Large Multi-Building

Central Plantsrdquo ASHRAE Transactions Vol1082002

3 James B Rishel ldquoThe Measurement of Energy Consumption in kW

Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

August 2001

4 Gil Avery ldquoImproving the Efficiency of Chilled Water Plantsrdquo

ASHRAE Journal May 2001

5 RJ Hackner JW Mitcell and WA Beckman ldquoHVAC System

Dynamic and Energy Use in Building-Part Irdquo ASHRAE Transactions

Vol901984

6 Steven Meyers Evan Mills Allan Chen and Laura Demsetz ldquoBuilding

Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

7 American Society of Heating refrigerating and Air-Conditioning

EngineersInc ldquoASHRAE Handbook FUNDAMENTALSrdquo2001

8 林憲德著「現代人類的居住環境」胡氏圖書出版社民國 83 年

9 林憲德著「建築節能法規的解說與實例專輯」內政部營建署民

國 86 年

10 林憲德著「建築節約能源設計技術規範與實例」民國 92 年

11 楊冠雄著「建築外殼及空調系統整體耗能評估方法之研究」經

濟部能源委員會民國 79 年

86

12 楊冠雄著「建築物整體能源系統最佳化研究」經濟部能源委員

會民國 81 年

13 黃瑞隆著「空調系統耗能量計算及節能效益分析」國立中山大

學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

82

第六章 結論

若使用原本的中央空調系統評估方式來評定 VRV 空調系統可能

會不適用故 EAC 之評估公式需做修正以符合實際情況下面五點

為本文之總結

(1) 對於分離式系統而言EAC 並非隨 HSC 成比例增加

VRV 空調系統是組合式的主機的耗電乃取決於實際主機開啟的運

轉台數空調需求量若降低主機開啟的台數則變少所以主機的超

大設計是增加待機時間與待機時之耗電而不是如 EAC 公式中之

HSC 成等比例增加而主機超量設計後一般的定頻冷氣系統其耗

電量有些微上升的趨勢而對 VRV 空調系統來說主機超量設計前

後之耗電量是差不多的是故於 EAC 公式中以 OSF 之變數取代原

本的 HSC 項 OSF=01207timesHSC+08699 對 VRV 空調系統來說因

VRV 空調系統多聯變頻的特性其值 OSF=1

(2) VRV節能效率α4為系統特性決定而非定值

主機側節能效率α4值應由實際不同空調系統節能效率之優劣

決定不是直接認定其值為 02以不同之建築外殼變動外周區係

數變動室內負荷密度變動與使用不同機型之變動四個因子探討影響

α4值之因素發現α4值之變動只受使用之不同機型有顯著的影響其

他因子對α4值的影響很小故由空調系統之部份負載效率IPLV與主機

效率COP所建立之預測公式可精確計算出不同系統α4值其公式為

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

1 Igor Dubov ldquoChilled Water Plant Efficiencyrdquo ASHARE Journal June

2003

2 Jeff S Haberl W Dan Turner David E Claridge ldquoDevelopment of a

Methodology for Baselining the Energy Use of Large Multi-Building

Central Plantsrdquo ASHRAE Transactions Vol1082002

3 James B Rishel ldquoThe Measurement of Energy Consumption in kW

Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

August 2001

4 Gil Avery ldquoImproving the Efficiency of Chilled Water Plantsrdquo

ASHRAE Journal May 2001

5 RJ Hackner JW Mitcell and WA Beckman ldquoHVAC System

Dynamic and Energy Use in Building-Part Irdquo ASHRAE Transactions

Vol901984

6 Steven Meyers Evan Mills Allan Chen and Laura Demsetz ldquoBuilding

Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

7 American Society of Heating refrigerating and Air-Conditioning

EngineersInc ldquoASHRAE Handbook FUNDAMENTALSrdquo2001

8 林憲德著「現代人類的居住環境」胡氏圖書出版社民國 83 年

9 林憲德著「建築節能法規的解說與實例專輯」內政部營建署民

國 86 年

10 林憲德著「建築節約能源設計技術規範與實例」民國 92 年

11 楊冠雄著「建築外殼及空調系統整體耗能評估方法之研究」經

濟部能源委員會民國 79 年

86

12 楊冠雄著「建築物整體能源系統最佳化研究」經濟部能源委員

會民國 81 年

13 黃瑞隆著「空調系統耗能量計算及節能效益分析」國立中山大

學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

(3)對於 VRV 空調系統而言室外機(主機)與室內機(風扇)的權重

應調整為 0901

因為VRV空調系統沒有冰水泵對於送水系統之節能α12=02 形

同無效也會導致EAC評估時產生誤差故藉由分析空調系統室內與

室外機之耗電量可得知其室外機與室內機各佔全系統之耗電量 90

與 10故VRV空調系統之加權比重為主機佔 90風扇 10

(4)主機最大供應面積 ACsc 應加入室內負荷計算

於原評估方式中主機最大供應面積基準 ACsc 只受建築外殼耗

能 ENVLOAD 值與建築外周係數 γ 影響對於實際建築的室內負荷

變動卻無法反映可能會影響主機設計時的準確性而藉由各空調區

之開窗率與室內負荷計算出各區的尖峰負荷進而求得符合不同室

內負荷變動下之主機最大供應面積與空調需求量

(5)修正之 VRV 空調系統 EAC 公式

經以上四點可建立 VRV 空調系統節能效率評估方式其式子

如 6-1 至 6-7

HSC = ACsACsc

≦135 (6-1)

EAC = [09timesOSFtimes( )( )sum

sumtimes

times

pi

ci

COPHCiCOPHCi

times(1-α4)+01Rf]timesRm≦08 (6-2)

PEAKi =a+btimesAen

KiAi iηtimestimesΣ +ctimesΣGi (6-3)

ACsc = AFi352PEAKi

AFctimesΣ

(6-4)

AFc ACs＝ (6-5)

ΣHCi

α4 = -03452 + 03523timesIPLVCOP (6-6)

IPLV = 001A + 042B + 045C + 012D (6-7) 83

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

1 Igor Dubov ldquoChilled Water Plant Efficiencyrdquo ASHARE Journal June

2003

2 Jeff S Haberl W Dan Turner David E Claridge ldquoDevelopment of a

Methodology for Baselining the Energy Use of Large Multi-Building

Central Plantsrdquo ASHRAE Transactions Vol1082002

3 James B Rishel ldquoThe Measurement of Energy Consumption in kW

Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

August 2001

4 Gil Avery ldquoImproving the Efficiency of Chilled Water Plantsrdquo

ASHRAE Journal May 2001

5 RJ Hackner JW Mitcell and WA Beckman ldquoHVAC System

Dynamic and Energy Use in Building-Part Irdquo ASHRAE Transactions

Vol901984

6 Steven Meyers Evan Mills Allan Chen and Laura Demsetz ldquoBuilding

Data Visualization for Diagnosticsrdquo ASHRAE Journal June 1996

7 American Society of Heating refrigerating and Air-Conditioning

EngineersInc ldquoASHRAE Handbook FUNDAMENTALSrdquo2001

8 林憲德著「現代人類的居住環境」胡氏圖書出版社民國 83 年

9 林憲德著「建築節能法規的解說與實例專輯」內政部營建署民

國 86 年

10 林憲德著「建築節約能源設計技術規範與實例」民國 92 年

11 楊冠雄著「建築外殼及空調系統整體耗能評估方法之研究」經

濟部能源委員會民國 79 年

86

12 楊冠雄著「建築物整體能源系統最佳化研究」經濟部能源委員

會民國 81 年

13 黃瑞隆著「空調系統耗能量計算及節能效益分析」國立中山大

學機械工程研究所博士論文民國 84 年

14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

15 王佑萱著「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印

證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 92 年

16 蕭美鈴著「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」國立中

山大學機械工程研究所碩士論文民國 92 年

17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

尺度實驗印證」國立中山大學機械工程研究所碩士論文民國 93

年

18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年

84

比較上面七個公式與原本評估公式發現 VRV 空調系統在原評

估方式下即使是優良的主機也難以通過評估並顯現出其節能的結

果若是以式 6-1 至 6-7 加以評估則可以分辯出其主機效能之優劣

並判斷其空調系統節能與否也可防止申請單位採用較耗電之定頻空

調系統所建立之公式透過實際案例的運算也可分辯出 VRV 空調

系統優良與否可做為日後空調設備量與環保節能時空調系統設計

時之參考依據

85

參考文獻

1 Igor Dubov ldquoChilled Water Plant Efficiencyrdquo ASHARE Journal June

2003

2 Jeff S Haberl W Dan Turner David E Claridge ldquoDevelopment of a

Methodology for Baselining the Energy Use of Large Multi-Building

Central Plantsrdquo ASHRAE Transactions Vol1082002

3 James B Rishel ldquoThe Measurement of Energy Consumption in kW

Per Ton for Central Chilled Water Plantsrdquo ASHRAE Transactions

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17 莊逸宏著「空調系統於濕熱氣候下之建築物省能效益分析與全

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14 蘇崇輝著「建築空調與電力負載控制運轉策略分析與全尺度實

驗印證」國立中山大學機械工程研究所博士論文民國 85 年

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18 內政部建築研究所「綠建築解說與評估手冊」94 年