冷暖房負荷計算法 p - saga-u.ac.jptoshi1.civil.saga-u.ac.jp/kojimas/archele/archele07.pdf1...

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冷暖房負荷計算法　p.86～

冷暖房負荷計算の目的

夏・冬のピーク負荷→

　　　　機器容量・ダクト寸法等の決定

年間の負荷→

　　　　エネルギー使用量，経済性評価

手計算

壁貫流熱

全日射

すき間風

冷水

温水

→全熱交換器へ熱取得

（熱損失）

負荷計算対象室 空気調和機室 熱源機室

ペリメータゾーン インテリアゾーン

室内熱負荷

蓄熱

室内除去熱量

コイル除去熱量

熱源機器負荷

冷房負荷計算の流れ

外部から流入する熱量と室内で発生する顕熱と潜熱を算定

冷暖房負荷計算法　p.86～

機器 人体

蓄熱分の放熱

熱取得・熱損失

　冷暖房対象室の温度・湿度が設定値の時，室の境界を超えて流入する瞬時の熱量と室内で発生する熱量の総和．

室内熱負荷

　室内の温度・湿度設計条件に保つために室内空気に与えられる熱量．　日射熱が床などに蓄熱された後に時間遅れを伴って室温上昇に影響を与える蓄熱負荷も含む．　冷房負荷　暖房負荷

冷暖房負荷計算法　p.87 冷暖房負荷計算法

最大負荷算出のための一般的な手順

１．ゾーニング条件の把握

２．計算条件の設定

　　（計算時刻，気象，設定温湿度，熱貫流率）

３．面積などの数値拾い（窓ガラス，内壁，床，天井・・・）

４．熱負荷計算

５．熱負荷集計

６．計算結果のチェック

熱負荷計算の流れ

冷暖房負荷計算法　p.88～89• 負荷計算の項目

・外壁貫流熱 qw　（外壁・屋根・床）

・内壁貫流熱 q’w

・ガラス熱 qGT

・すきま風負荷 qIT=qIS+qIL

・人体発熱 qHT= qHS+ qHL

・照明機器発熱 qET=qES+qEL

４．熱負荷計算

基準階事務室の計算

(１)窓ガラス・貫流負荷＝面積×熱貫流率×温度差（各時刻）・透過負荷＝面積×遮蔽係数×日射量（各時刻）

(２)外壁，屋根・貫流負荷（冷房）＝面積×熱貫流率×実効温度差（各時刻）・貫流負荷（暖房）＝面積×熱貫流率×温度差×方位係数

（３）内壁，天井，床・貫流負荷＝面積×熱貫流率×隣室温度差（各時刻）

2

４．熱負荷計算

(４)すきま風量

顕熱負荷qs[W]＝Cpρ×すきま風量［m3/h］×Δt［℃］×1000/3600

　　〃　　　　[W]≒0.34×すきま風量［m3/h］×Δt［℃］

潜熱負荷qL[W]＝γγ×すきま風量[m3/h]×Δx[g/kg(DA)]

×1000/3600

　　〃　　　　[W]≒834×すきま風量[m3/h]× Δx[g/kg(DA)]

　　Cp：空気の定圧比熱＝1.006kJ/(kg・℃)

　　ρ：空気の密度＝1.2[kg/m3]， Cp ρ ×1000/3600＝0.335

　　Δt：内外乾球温度差[℃]，　 γγ：空気の蒸発潜熱＝2500kJ/kg

　　Δx：内外絶対湿度差［g/kg(DA)］， γγ ρ ×1000/3600＝834

４．熱負荷計算

(５)照明負荷

白熱灯負荷[W]＝負荷密度[W/㎡]×室床面積[㎡]×係数×1.00

蛍光灯負荷[W]＝　　　　　〃　　　　×　　〃　　　　　×〃　×1.20

　※暖房負荷軽減のため，上記負荷の１／２を暖房負荷から差し引く

(6)人体負荷

顕熱負荷qs[W]＝人員密度［人/㎡］×室床面積［㎡］×顕熱発熱量　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　[W/人]潜熱負荷qL[W]＝　　　　〃　　　　　×　　　〃　　　　　×潜熱発熱量　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　[W/人]

(7)機器負荷（冷房のみ）

ＯＡ機器負荷[W]＝負荷密度[W/㎡]×室床面積[㎡]×1.00

４．熱負荷計算

(8) 蓄熱負荷

　(1)～(5)の暖房負荷の合計の10％

(9)外気負荷

　外気量[m3/h]＝人数×１人当たりの外気量[m3/(h・人)]

　顕熱負荷qS[W]≒0.34×外気量[m3/h]×Δt[℃]

　潜熱負荷qL[W]≒ 834×外気量[m3/h]×Δx[g/kg(DA)]

　※暖房時の潜熱負荷は，加湿負荷として加湿量を算出する．

４．熱負荷計算

(10)加湿量の計算

すきま風，外気負荷で発生する暖房時の潜熱

処理風量[m3/h]＝暖房すきま風量[m3/h]＋外気量[m3/h]

加湿量ｗ[kg/h]＝ρ[kg/m3]×処理風量[m3/h]×Δx[g/kg(DA)]/1000

　　w：加湿量[kg/h]

　　ρ：空気の密度[kg/m3]

　　Δx：内外絶対湿度差[kg/kg(DA)]

実効温度差（ETD）とはガラスや金属板のように壁体の熱容量が比較的小さい場合は，計算する時刻の相当外気温度と室温の差を内外温度差としてよい．

コンクリート壁のように熱容量が大きい場合には，外側の変動が直ちに内部に伝わらない．

手計算でこれを考慮するために提案されたのが「実効温度差」である．

※内壁や地中壁の場合は日射がなく温度変動幅が小さいから，通常は単純に壁体外側の空気温度と室内温度の差を内外温度差と考える．

冷暖房負荷計算法 p.88 p.27FC+CAV

FCFC

FCFCFCFCFCFCFCFC

FCFC

VAV VAV VAV VAV

VAVVAVVAVVAV

温度制御ゾーニング計画

１スパン毎にVAVとサーモスタットを設置FCU+全熱交換器

FCUのゾーニング間仕切りによる小室を想定して，１台ごとにサーモスタット二方弁制御する．

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１．ゾーニング条件の把握

・１～８階の各階空調

・空調方式

　　各階事務室インテリア ：ＡＨＵ＋ＶＡＶ

　　各方位ペリメータ ：ＦＣＵ（２管式）

　　各階会議室など ：ＦＣＵ＋全熱交換器

冷暖房負荷計算法 （１）計算対象室

２～８階までは同じプランだが，８階は屋根負荷がある．

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　インテリアに加算

西ペリメータ南ペリメータ１Ｆ

エントランス

ホール

事務室

インテリア

１Ｆ

８Ｆ

東ペリメータ西ペリメータ南ペリメータ基準階・最上階

ＦＣＵペリメータゾーン

エレベータ

ホール

リフレッシュ

コーナ

会議室２～７Ｆ（基準階）

ＦＣＵＡＨＵインテリアゾーン

表１　計算対象室概要

（２）計算対象室

冷房計算時刻

各計算対象室が主に面する外壁，窓方位，外気温湿度から冷房負荷が最大となる時刻を設定．

南面については太陽高度が低く，窓からの日射負荷が大きくなる秋期についても計算．

11,12,13時秋期

13時16時9時13時夏期

南面西面東面建物全体

表2　冷房計算時刻

熱負荷計算の流れ

最大負荷算出のための一般的な手順

１．ゾーニング条件の把握

２．計算条件の設定

　　（気象，設定温湿度，熱貫流率）

３．面積などの数値拾い（窓ガラス，内壁，床，天井・・・）

４．熱負荷計算

５．熱負荷集計

６．計算結果のチェック

２．計算条件の設定

（１）外気温湿度：東京における冷暖房用設計外気条件（２）室内温湿度

505050室内相対湿度[％]242226室内設計温度[℃]秋期冬季夏期

表3　室内温湿度設計条件本建物は省エネを考慮して左記設定とした．

0.3 0.2 -0.2 5.3 2.6 3.0 1.9非空調隣室温度差

0.7 0.4 -0.5 21.2 6.4 7.4 4.7温度差

24.724.423.5 0.832.433.430.7外気温度

131211916139秋期南ペリメータ用暖房（冬季）冷房（夏期）

表4　ガラス窓，冬期外壁の貫流熱負荷算出のための室内外温度差[℃]

※温度差＝外気温度‐室温

非空調隣室温度差＝温度差×0.4（夏期）　or　0.25（冬季）

設計温湿度条件（東京）

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外気負荷，すきま風負荷算出のための外気温湿度

冷房時の外気条件はその地域の気象データからピーク値を求め，時刻によらず，この値を使って計算する．

　6.0　7.2室内外絶対湿度差[g/kg(DA)]　7.411.6室内絶対湿度[g/kg(DA)]　1.418.8外気絶対湿度[g/kg(DA)]

35.257.8外気相対湿度[％]9時13時

暖房（冬期）冷房（夏期）

表5　室内外絶対湿度差Δx（g/kg(DA)）

※絶対湿度は，空気線図等から求める(P.100)．

※室内外絶対湿度差Δx＝外気絶対湿度‐室内絶対湿度

２．計算条件の設定

（３）熱貫流率

負荷計算で必要とする部位の熱貫流率をあらかじめ計算しておく．

0.526.19窓ガラス　単層8㎜熱線吸収ガラスG12.75床・天井（非空調室に接する）１Ｆ下部機械室F21.60床・天井（一般床・天井）F12.81内壁（非空調室に接する）IW

31.04屋根（天井レタン）R230.82屋根（８階会議室，リフレッシュ）R130.90外壁（断熱あり）W232.31外壁（一般外壁）W1

遮蔽係数タイプ熱貫流率部位指標

表6　熱貫流率（W/(㎡・K)，壁タイプ，遮蔽係数）

G1

G1 G1 G1 G1

G1IW IWW1

W1

W1

W2W2

熱貫流率の計算例

0.433R計

0.1201/8.3‐室内面

0.0690.1740.012石膏板

0.070‐0.025非密閉中空層

0.1101.3590.150コンクリート

0.0131.5120.020モルタル

0.0061.2790.008タイル

0.0431/23‐外表面

x/λ熱伝導率(λ)厚さ(x)材料

表７　外壁W1の熱貫流率算出例

※単位は，厚さx：[m]，熱伝導率λ：[W/(m・K)]

※熱貫流率K＝1/R＝2.31[W/(㎡・K)]

２．計算条件の設定

（４）実効温度差（ETD）東京における実効温度差表から，外壁仕様タイプ３の該当時刻の値を方位毎に求める．

1263西(W)

8631083南(S)

12139東(E)

　764北(N)

25208水平(H)

13121116139時　刻

秋期南ペリメータ用夏期

表8　実効温度差[℃]

5

２．計算条件の設定

（５）日射熱取得ガラス標準日射熱取得表から東京における夏期，秋期の該当時刻，方位別の値を求める．

556605608　36157　77南(S)609202　42西(W)　36　43491東(E)　38　43　42北(N)

13121116139時刻

秋期南ペリメータ夏　　期

表9　日射量（Ｗ/㎡）

熱負荷計算の流れ

最大負荷算出のための一般的な手順

１．ゾーニング条件の把握

２．計算条件の設定

　　（計算時刻，気象，設定温湿度，熱貫流率）

３．面積などの数値拾い（窓ガラス，内壁，床，天井・・・）

４．熱負荷計算

５．熱負荷集計

６．計算結果のチェック

３．面積などの数値拾い

（１）基準階事務室(a)窓ガラス　　・面積　　　　　　　　　　　 ・熱貫流率　　　：表6　　・各時刻温度差：表4 　　　　・各時刻日射量：表9(b)外壁・屋根　　・面積　　　　　　　　　　　　　　・熱貫流率　　　：表6　　・各時刻実効温度差：表8（暖房時は表4）(c)内壁，天井，床　　・非空調壁面積：空調機械室に接する壁を拾う．　　・非空調隣室温度差：表4(d)すきま風　　RC造で窓サッシも気密性が高い．　　　　　　　　　　　　　→基準階事務室では考慮しない．

0.526.19窓ガラス　単層8㎜熱線吸収ガラスG12.75床・天井（非空調室に接する）１Ｆ下部機械室F21.60床・天井（一般床・天井）F12.81内壁（非空調室に接する）IW

31.04屋根（天井レタン）R230.82屋根（８階会議室，リフレッシュ）R130.90外壁（断熱あり）W232.31外壁（一般外壁）W1

遮蔽係数タイプ熱貫流率部位指標

表6　熱貫流率（W/(㎡・K)，壁タイプ，遮蔽係数）

0.3 0.2 -0.2 5.3 2.6 3.0 1.9非空調隣室温度差

0.7 0.4 -0.5 21.2 6.4 7.4 4.7温度差

24.724.423.5 0.832.433.430.7外気温度

131211916139秋期南ペリメータ用暖房（冬季）冷房（夏期）

表4　ガラス窓，冬期外壁の貫流熱負荷算出のための室内外温度差[℃]

※温度差＝外気温度‐室温，非空調隣室温度差＝温度差×0.4（夏期）or0.25（冬季）

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３．面積などの数値拾い

（１）基準階事務室(a)窓ガラス　　・面積　　　　　　　　　　　 ・熱貫流率　　　：表6　　・各時刻温度差：表4 ・各時刻日射量：表9(b)外壁・屋根　　・面積　　　　　　　　　　　　　　・熱貫流率　　　：表6　　・各時刻実効温度差：表8（暖房時は表4）(c)内壁，天井，床　　・非空調壁面積：空調機械室に接する壁を拾う．　　・非空調隣室温度差：表4(d)すきま風　　RC造で窓サッシも気密性が高い．　　　　　　　　　　　　　→基準階事務室では考慮しない．

　38　43　42北

609202　42西

　36　43491東

556605608　36157　77南

13121116139時刻

秋期南ペリメータ夏　　期

表9　日射量（Ｗ/㎡）

３．面積などの数値拾い

（１）基準階事務室(a)窓ガラス　　・面積　　　　　　　　　　　 ・熱貫流率　　　：表6　　・各時刻温度差：表4 ・各時刻日射量：表9(b)外壁・屋根　　・面積　　　　　　　　　　　　　　・熱貫流率　　　：表6　　・各時刻実効温度差：表8（暖房時は表4）(c)内壁，天井，床　　・非空調壁面積：空調機械室に接する壁を拾う．　　・非空調隣室温度差：表4(d)すきま風　　RC造で窓サッシも気密性が高い．　　　　　　　　　　　　　→基準階事務室では考慮しない．

0.526.19窓ガラス　単層8㎜熱線吸収ガラスG12.75床・天井（非空調室に接する）１Ｆ下部機械室F21.60床・天井（一般床・天井）F12.81内壁（非空調室に接する）IW

31.04屋根（天井レタン）R230.82屋根（８階会議室，リフレッシュ）R130.90外壁（断熱あり）W232.31外壁（一般外壁）W1

遮蔽係数タイプ熱貫流率部位指標

表6　熱通過率（W/(㎡・K)，壁タイプ，遮蔽係数）

３．面積などの数値拾い

（１）基準階事務室(a)窓ガラス　　・面積　　　　　　　　　　　 ・熱貫流率　　　：表6　　・各時刻温度差：表4 ・各時刻日射量：表9(b)外壁・屋根　　・面積　　　　　　　　　　　　　　・熱貫流率　　　：表6　　・各時刻実効温度差：表8（暖房時は表4）(c)内壁，天井，床　　・非空調壁面積：空調機械室に接する壁を拾う．　　・非空調隣室温度差：表4(d)すきま風　　RC造で窓サッシも気密性が高い．　　　　　　　　　　　　　→基準階事務室では考慮しない．

25228水平

　764北

1263西

12139東

8631083南

13121116139時　刻

秋期南ペリメータ用夏期

表8　実効温度差（ETD）[℃]

7

３．面積などの数値拾い

（１）基準階事務室(a)窓ガラス　　・面積　　　　　　　　　　　 ・熱貫流率　　　：表6　　・各時刻温度差：表4 ・各時刻日射量：表9(b)外壁・屋根　　・面積　　　　　　　　　　　　　　・熱貫流率　　　：表6　　・各時刻実効温度差：表8（暖房時は表4）(c)内壁，天井，床　　・非空調壁面積：空調機械室に接する壁を拾う．　　・非空調隣室温度差：表4(d)すきま風　　RC造で窓サッシも気密性が高い．　　　　　　　　　　　　　→基準階事務室では考慮しない．

0.3 0.2 -0.2 5.3 2.6 3.0 1.9非空調隣室温度差

0.7 0.4 -0.5 21.2 6.4 7.4 4.7温度差

24.724.423.5 0.832.433.430.7外気温度

131211916139秋期南ペリメータ用暖房（冬季）冷房（夏期）

表4　ガラス窓，冬期外壁の貫流熱負荷算出のための室内外温度差[℃]

※温度差＝外気温度‐室温，非空調隣室温度差＝温度差×0.4（夏期）or0.25（冬季）

躯体負荷

800578565545躯体負荷

16時13時9時

３．面積などの数値拾い

（１）基準階事務室(e)照明負荷

①負荷密度：20W/㎡②係　数　　：照明負荷を軽減する装置を用いる場合の　　　　　　　　 軽減率．ここでは天井レタン方式であり，　　　　　　　　 照明負荷はすべて空調負荷になるとして　　　　　　　　　1.0③熱量換算：白熱灯は1.0，蛍光灯は安定器からも発熱　　　　　　　　 があり蛍光灯ワット数あたり1.16倍とする．④暖房負荷の軽減：照明器具からの発熱は暖房負荷　　　　　　　　 の軽減となる．ただし，暖房負荷のピーク　　　　　　　　 は朝の立上がり時が一般的で，すべて点　　　　　　　　 灯されているとは限らない．→50％

(f)人体負荷　　・人員密度：0.2人/㎡→0.2×348㎡≒70人　　・人体発熱：オフィス業務26℃の時の発熱量は　　　　　　　　　　顕熱：55W/人，潜熱64W/人(g)機器負荷　　・ＯＡ機器：30W/㎡を見込む．

(h)蓄熱負荷　　・暖房負荷については，安全率10％の割増し．　　　暖房蓄熱負荷は，夜間冷え切った躯体を朝の立ち　　　上がり時に暖めるために必要．(i)外気負荷　　１人あたりの外気量．事務室の一般的な値として　　25m3/(h・人)

0.3 0.2 -0.2 5.3 2.6 3.0 1.9非空調隣室温度差

0.7 0.4 -0.5 21.2 6.4 7.4 4.7温度差

24.724.423.5 0.832.433.430.7外気温度

131211916139秋期南ペリメータ用暖房（冬季）冷房（夏期）

表4　ガラス窓，冬期外壁の貫流熱負荷算出のための室内外温度差[℃]

※温度差＝外気温度‐室温，非空調隣室温度差＝温度差×0.4（夏期）or0.25（冬季）

8

　6.0　7.2室内外絶対湿度差[g/kg(DA)]　7.411.6室内絶対湿度[g/kg(DA)]　1.418.8外気絶対湿度[g/kg(DA)]35.257.8外気相対湿度[％]9時13時

暖房（冬期）冷房（夏期）

表2.7　室内外絶対湿度差Δx（g/kg(DA)）

４．熱負荷計算

基準階事務室の計算

(１)窓ガラス・貫流負荷＝面積×熱貫流率×温度差（各時刻）・透過負荷＝面積×遮蔽係数×日射量（各時刻）

(２)外壁，屋根・貫流負荷（冷房）＝面積×熱貫流率×実効温度差（各時刻）・貫流負荷（暖房）＝面積×熱貫流率×温度差×方位係数

（３）内壁，天井，床・貫流負荷＝面積×熱貫流率×隣室温度差（各時刻）

４．熱負荷計算

(４)すきま風量

顕熱負荷qs[W]＝Cpρ×すきま風量［m3/h］×Δt［℃］×1000/3600

　　〃　　　　[W]≒0.34×すきま風量［m3/h］×Δt［℃］

潜熱負荷qL[W]＝γγρ×すきま風量[m3/h]×Δx[g/kg(DA)]

×1000/3600

　　〃　　　　[W]≒834×すきま風量[m3/h]× Δx[g/kg(DA)]

　　Cp：空気の定圧比熱＝1.006kJ/(kg・℃)

　　ρ：空気の密度＝1.2[kg/m3]， Cp ρ ×1000/3600＝0.335

　　Δt：内外乾球温度差[℃]，　 γγ：空気の蒸発潜熱＝2.5kJ/kg

　　Δx：内外絶対湿度差［g/kg(DA)］， γγ ρ×1000/3600＝834

４．熱負荷計算

(５)照明負荷

白熱灯負荷[W]＝負荷密度[W/㎡]×室床面積[㎡]×係数×1.00

蛍光灯負荷[W]＝　　　　　〃　　　　×　　〃　　　　　×〃　×1.20

　※暖房負荷軽減のため，上記負荷の１／２を暖房負荷から差し引く

(6)人体負荷

顕熱負荷qs[W]＝人員密度［人/㎡］×室床面積［㎡］×顕熱発熱量　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　[W/人]潜熱負荷qL[W]＝　　　　〃　　　　　×　　　〃　　　　　×潜熱発熱量　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　[W/人]

(7)機器負荷（冷房のみ）

ＯＡ機器負荷[W]＝負荷密度[W/㎡]×室床面積[㎡]×1.00

４．熱負荷計算

(8) 蓄熱負荷

　(1)～(5)の暖房負荷の合計の10％

(9)外気負荷

　外気量[m3/h]＝人数×１人当たりの外気量[m3/(h・人)]

　顕熱負荷qS[W]≒0.34×外気量[m3/h]×Δt[℃]

　潜熱負荷qL[W]≒ 0.83×外気量[m3/h]×Δx[g/kg(DA)]

　※暖房時の潜熱負荷は，加湿負荷として加湿量を算出する．

４．熱負荷計算

(10)加湿量の計算

すきま風，外気負荷で発生する暖房時の潜熱

処理風量[m3/h]＝暖房すきま風量[m3/h]＋外気量[m3/h]

加湿量ｗ[kg/h]＝ρ[kg/m3]×処理風量[m3/h]×Δx[g/kg(DA)]/1000

　　w：加湿量[kg/h]

　　ρ：空気の密度[kg/m3]

　　Δx：内外絶対湿度差[kg/kg(DA)]

9

３．面積などの数値拾い

（３）南面秋期負荷計算

基本的には基準階事務室と同じだが，以下の点が異なる．

(a)窓ガラス

・計算時刻設定：11，12，13時

・各時刻温度差：表4参照　-0.5，0.4，0.7［℃］

・各時刻日射量：表9参照　608，605，556［W/㎡］

(b)外壁，屋根

・各時刻実効温度差：表8　3，6，8［℃］

　38　43　42北

609202　42西

　36　43491東

556605608　36157　77南

13121116139時刻

秋期南ペリメータ夏　　期

表2.12　日射量（Ｗ/㎡）

３．面積などの数値拾い

（３）南面秋期負荷計算

基本的には基準階事務室と同じだが，以下の点が異なる．

(a)窓ガラス

・計算時刻設定：11，12，13時

・各時刻温度差：表4参照　-0.5，0.4，0.7［℃］

・各時刻日射量：表9参照　608，605，556［W/㎡］

(b)外壁，屋根

・各時刻実効温度差：表8　3，6，8［℃］

25228水平

　764北

1263西

12139東

8631083南

13121116139時　刻

秋期南ペリメータ用夏期

表8　実効温度差[℃]