2010年12月23日 星期四

建築物的換氣量與天氣的關係

全年氣溫平均曲線

全年平均日照時數
上圖為新竹區全年的的平均氣溫曲線圖,可以看出在全年當中,平均氣溫低於25度左右的大概有7個月,其餘5個月屬於夏季,平均氣溫高於25度C.

日照方面,出太陽的日子高於6小時的大概是5個月,低於6小時的是7個月.

在冷凍空調新設的時候,一定是以夏季的最大用量去設計,也就是說,如果在夏季的某一天,為了讓在建築物裡面的人舒服,可能需要將建築物裡面的溫度控制在24~26度C左右的溫度,有些電子廠因為人員在現場穿著無塵衣操作及產品良率的關係,可能必須將空氣的溫度再降到20~22度左右,那建築物的換氣模式如何呢?一個必須全年供應空調的建築物在夏天及冬天的操作模式如何呢?

假設有一棟醫院,總使用面積是10000平方米,樓高3.2米,則所有的空間為32000立方米.

在夏天最熱的時候,為了讓室內保持涼爽,必須將溫度控制在宜人的24度C,相對濕度控制在65%.若當初建築物設計時,選用的外氣換氣量是4次/小時,若是夏季的某一個最熱的天,平均的氣溫是30度,濕球平均溫度是25度,在那樣的換氣量下,冷凍空調系統吸收的外氣熱量是多少?總體的冷凍噸數應該是多少?假設室內固定的發熱量為200RT,日光透過玻璃,建材,外氣的滲入的熱量是每小時100RT.

每小時換氣量4次,所以一小時的換氣量為32000*4=128000立方米的空氣必須做熱交換.....
兩者的焓差為76.308KJ/KG-55.179KJ/KG=21.129KJ/KG.因為空氣密度不一樣,將兩者的密度相加除以2做為空氣的平均密度為1.1468 KG/立方米.則計算出來外氣必須移走的熱量每小時約為244RT.加上外氣滲入100RT及固定負載200RT,則總共大概是544RT/小時.

若是換氣次數變少,例如每小時變2次,則負載就變成 122+100+200=422RT.


在不影響健康的條件下,上述的簡單計算,可以看出換氣量的多寡對冷凍負載的影響有多大.不過很多的建築物根本不知道換氣量多少,只要會冷就好,若是外氣的換氣量超過了所需的換氣量,根本就是浪費能源,也有很多的建築物在設計的時候根本不換氣的,大部分住家及一般的公司都是如此,不過這種型態都是屬於非全年使用型,不是我要討論的對象.

到了冬天呢?從氣象資料看出來氣溫低於24度的時間接近6.5個月,把這些6.5個月的數字計算出來平均氣溫大概19.4度C,相對濕度為75%,兩者的焓差為8.792 KJ/KG,不考慮除濕問題的話(相對濕度75%對大多數的辦公室或商業建築都是可以忍受的),只要一小時全量換氣一次,可以帶走22RT的室內熱量,若冬天在室內溫度高於室外的狀況下,一小時流出50RT的熱量(溫差不夠大的話流失較慢),則固定熱量200RT,流出50RT,固定負載變為150RT,若一小時可以換氣7~8次以上,
等於只要氣溫低於室內溫度,就可以利用空氣對流的方式將外氣引入,理論上來講根本就可以不用開冷氣了.而這個週期按照資料來看有超過半年都可以採用這種模式運轉.

問題是平均氣溫不會等於是現實的狀況,有時候即使是冬天偶而也會出個太陽把氣溫拉到20幾度,總不能等到現場都熱的呱呱叫才來開的吧?在ㄧ些根本沒考慮通風的建築裏,尤其是一些高樓,除了消防要求的排風,根本連換氣的機制都沒有,夏天的時候是可以因為沒換氣減少一些冷凍的負載,到了冬天的時候因為沒有換氣就必須透過空調系統的冰水將密閉在建築物裡面的熱排放出去.就算外面的空氣再涼,也利用不到.

一些大賣場,百貨公司,商辦大樓,醫院幾乎都是這樣,幾乎注定了一棟建築物未來數十年的使用壽命中與節能運轉劃不上等號.有冷的空氣的時候利用不到,熱的時候因為沒有換氣的關係室內空氣品質又不好,若是要加裝通風系統,有的可能勉強可以改裝,有的则幾乎是沒有機會.因為空氣的體積大密度小,通風系統的管路通常要占據很大的面積,一些裝潢得美倫美奐的大樓總不能將裝潢拆掉重做吧?大樓的高度越蓋越高,為了安全的理由通常都將窗戶封死,也沒辦法開窗對流,一些城市的地方因為人口密集,沒有控制的通風往往空氣品質也不好,因為灰塵太多了?

空調的目的不是會冷就好,在ㄧ些緯度比較高的地區,為了人類的舒適,冬天的時候是需要加熱的,在台灣,空調系統的操作模式在冬天和夏天的模式應該是不一樣的.

客官們,你們的大樓或工廠的通風系統是怎麼操作的呢?還是會冷就好嗎?