RBESP S300G教學

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S300G的操作流程與功能類似單機版的SketchUp + OpenStudio + EnergyPlus。在模擬較複雜之建築(例如不同樓段不同形狀或負荷)S300G相對會比單機版更容易操作、快速、並減少人為失誤。

S300G S200主要差異:
  • 類似2D CAD圖形介面
  • 建築樓層平面可為任意多邊形(每樓段最多12)
  • 鄰近遮陽基線可為任意直線組合(合計最多8)
  • 每面外牆可獨立設定牆構&窗構(最多各8&16)
  • 不同樓段可有不同外型(最多4個樓段)
  • 不同樓段可設不同使用類別或溫度(也是最多4)
  • 可模擬分析含地下室之建築

示範例
  • 商辦混合新建築
  • 位於台中,座西南朝東北
  • 地上5/地下2
  • 140mx20m,樓高4.2m
  • 2-5樓正面內縮5m,樓高3.6m
  • 地下室每層面積600m2
  • 1/地下室是百貨商場,2-5樓一般辦公室

S300G 之操作流程從基本設定開始,由左至右,依主標籤導引。接下來先把示範例的整個流程走一遍,最後補充說明幾個S300G的特別功能/小幫手,以及建議的最佳使用方式(best practices)。



基本設定:
  • 建物名稱」以英文與阿拉伯數字填入(最長16個字)
  • 「座向偏北角是正北方向順時針轉至建物座向間之夾角。每按一次右邊之+45度快速鍵,座向偏北角的值會自動增加45度,示意圖也會即時更新。本例中之建築座西南朝東北,輸入45度。
  • 「參考氣候」選擇建物最接近的城市,本例選台中。
  • 「參考標準」目前只有一種選擇,已自動設定。
  • 「建築類別」目前有辦公室、百貨商場、旅館、住宅五種選擇。請選全棟建築最接近的使用類別。RBESP會依這個輸入值預設「內部負荷」內之相關參數。這些參數值都可以再變更。若是混合型建築,例如辦公與商場混合,就選擇其中一種,稍後在「內部負荷」還可再增加新的建築使用類別。在這裡我們選辦公室。

 完成基本設定後,點入「外型/環境」,將出現如下畫面。首先至最左邊的欄位設定第1樓段的樓層數。本例中第1樓段只有1層,高4.2m(:第1個樓段是從地面開始。第2個樓段是從第1樓段往上堆疊)。下面有「+平面#2」和「+地下室」兩個鍵,稍後再說明。


功能鍵列於畫面最上方,滑鼠游標靠近時背景顏色會由灰變藍,並顯示該鍵功能。先點選最左邊掃帚符號之「啟動/刷新」,啟動繪圖模式並刷新畫面。格線顯示代表啟動成功。



平面設定功能鍵的操作順序並無硬性規定,但建議如下:

1. 設定格距。預設值是5m,畫面最大範圍是60m x 50m。格距可依需要調高至10m20m,或調降至2m1m。主要原則是讓整棟建築的基地平面,包括想要評估的鄰近建物遮陽面,都能包含在畫面中,而且不會太小看不清楚。

2. 畫樓層平面圖。只需畫該樓段的外牆位置。若是矩形平面,可點「矩形平面」鍵。然後移動滑鼠游標,先點矩形左上角座標,再點矩形右下角座標,會動態呈現一個矩形平面。滑鼠游標的座標也會動態更新、顯示於畫面的左上方。在本例中,矩形左上角的座標是(-20m, 10m),右下角座標(20m, -10m)。若是較複雜之多邊平面可點選「多邊平面」鍵,這稍後在設定第二個樓段時再詳細說明。

3. 設定鄰近建物遮陽面。用連續的直線或單獨直線組合來代表鄰近建物之遮陽面基線。鄰近建築通常是3D立體建築,但在能耗模擬分析中我們只需模擬其最靠近的牆面既可。本例暫不考慮鄰近建物可能產生之遮陽影響,所以先跳過這一步。

4. 修改平面。繪圖過程中若有錯誤想更改,可點「啟動/刷新」鍵重新來過,或點「擦除元件」然後點選欲擦除元件之邊或角點。注意:擦除樓層平面的任何邊或角點會擦除整個平面,擦除遮陽的任何邊或角點只會擦除連接的個別遮陽。

5. 儲存平面。完成繪製第一個樓段平面圖後,先點「儲存平面」把資料儲存起來。畫面右邊的三個數據欄(座標、外殼、鄰近遮陽)會顯示所儲存的相關數據。



6. 細調座標值。手動用滑鼠游標繪圖不容易控制準確度,可直接更改座標數據欄的數字做進一步細調。

7.更新畫面。完成座標微調後記得點「更新平面」,平面圖才會依新座標值更新。

8. 設定牆構/窗構參數包。每面外牆及其窗戶都預設一參數包,代號各為1。點「?」會顯示該參數包,可移動滑鼠到視窗上將其關閉。這些參數在「建築外殼」與「外窗/遮陽」參數設定區都可再做更改、調整。不同牆面或外窗可用不同的參數包。例如牆號W1的外窗要做不同的設定,我們可把其參數包號改為2,代表要用一個新的代號2的外窗參數包。目前這參數包還未設定好,所以點「?」會出現Undefined的訊息。我們稍後會再說明如何更改或增加外牆/窗戶參數包。



9. 設定鄰近遮陽高度。本例中無鄰近遮陽,所以這部分無數據,呈現空白。

完成第一樓段平面設定後,可依需要點「+平面#2」或「+地下室」次序不拘。在本例中我們點「+平面#2」然後點出現的新標籤「平面#2」來設定2-5樓平面圖。

點入「平面#2」後,先設定此樓段樓層數(本例是4),每層樓高(本例是3.6m)點「啟動/刷新」後會出現類似的介面,但有3個差異:

  • 無「格距」設定鍵。所有樓段之格距自動依循第1樓段之格距,確保所有平面圖的比例一致。
  • 「鄰近遮陽」設定鍵和參數顯示區。整棟建築之鄰近遮陽只須設定一次。
  • 多了一個綠色平面圖。此為下面樓段(在本例中是第一樓段)之平面圖,可方便定位第二樓段,幫助上下樓段平面圖之嵌合



我們可用「矩型平面」,重複第一樓段的步驟來設定2-5樓之平面圖。不過這次改用「多邊平面」做教學示範。「多邊平面」最多可有12個邊,是用滑鼠左鍵點平面的每個角點位置,必須順時針,最後須回到原點使圖形閉合,然後再點滑鼠右鍵結束。本例中(如下圖)我們點1, 2, 3, 4再點1,然後點滑鼠右鍵來完成一個正面退縮5m的矩型平面。其餘步驟,包括平面儲存、座標微調、牆構/窗構包之設定與第一樓段雷同,在此跳過。



地下室因不受太陽照射方向之影響,設定相對比較簡單。只需輸入樓層數,每層樓高及每層樓板面積。若建築物無地下室,我們不用去點「+地下室」。不過既使點開,若樓層數是0,也不會產生任何作用。



完成所有平面圖後,點「建築外殼」會出現如下介面。RBESP會預設所有與環境接觸的建築表面,包括屋頂、地板以及外牆之相關參數。這些參數都可隨需要更改。另外,一棟建築有時在不同樓段或不同面向會採用不同的建材/結構。可以點「+」來增添新參數包。要注意的是新增參數包必須在「外型/環境」中有被引用到才會真正產生作用。本例中我們直接使用預設值。 



接下來設「外窗/遮陽」。本例中我們假設一樓正面是大開窗,窗牆比0.8,水平遮陽比0.5,其他外牆的窗牆比都是0.3,無遮陽。所以我們把預設的第一個參數包中的窗牆比更改為0.3,並且增加一個新參數包(#2)。這呼應我們之前在「外型/環境」中之設定: 除第一樓段W1之窗構包是#2外,其餘都是窗構包#1。



再來是「內部負荷」設定。這是建築內部使用照明、電器設備、人的活動等等所產生的熱負荷,和建築的使用類別有很大的關聯。譬如辦公室一般人的密度較低,設備用電較高,一星期工作5天,星期六可能有少數人進來加班。賣場則是人的密度普遍較高,除照明外其他設備之用電較低,大多一星期7天都有營業。可以想像參數設定會比較多而且複雜。

RBESP提供兩種不同的輸入模式可自由選擇: 「模板」和「表單」。前者類似懶人包,只需設定少數參數,簡單快速,但有些預設值不一定能符合實際狀況。「表單」輸入則幾乎每個參數值都看的到也可更改,但也需比較費心思以避免輸入錯誤。

輸入法可視需要隨時在「模板」與「表單」之間做切換。地面以上之樓層可設最多4種不同的熱負荷組合,地下室有自己的熱負荷設定標籤。

本例中我們用較簡單的「模板」輸入做示範。地上一樓是商場,我們把「組合#1」預設的「辦公室」改為「百貨商場」,樓層數維持為1。下面的空間類別占比表單會隨之變更。表單中有兩種不同空間類別: 「百貨商場」與「餐廳」,預設前者占1(i.e.100%)後者占0%。冷氣預設溫度是24度C,我們把它改設在26C。


然後我們點「+組合#2」,會出現「組合#2」新標籤。點入後設定樓層數為4(2-5樓共4),還是用「模板」輸入,假設全部是辦公室空間,冷氣24C



 若切換至「表單」輸入,原有的空間類別佔比會被一張長表單取代。長表單涵蓋了幾乎所有可能產生的熱負荷來源以及他們的排程(隨時間的變化)。周排程是以一周為循環,一周七天中最多可有3種不同的日排程(例如星期1-5是一種排程,周六和周日可能各有不同的排程)。




日排程是輸入「時 vs 值」。「一天」是預設從00分開始。「時」必須由小而大,而且最後一個「時」必須是24才算完整輸入一天的排程。下面以照明為例:


  • 0(午夜)8: 20 W/m2 x 0.05 = 1 W/m2
  • 8點至12: 20 W/m2 x 1 = 20 W/m2
  • 12點至13(下午1): 20 W/m2 x 0.7 = 14 W/m2
  • 13點至18(下午6): 20 W/m2 x 1 = 20 W/m2
  • 18點至20(晚上8): 20 W/m2 x 0.5 = 10 W/m2
  • 20點至24(午夜): 20 W/m2 x 0.05 = 1 W/m2

當作示範,我們用「表單」來設定地下室的「內部負荷」,但只把冷氣23時之溫度由24C調高至26C,其他時間的溫度維持在30C。




接下來我們選擇「空調系統」,假設是「中央空調」,其輸入介面如下圖。要特別注意的是排程必須涵蓋所有空間的溫度設定。本例中商場是一周7天,9-23時;辦公室是周一至周五,7-19時。所以空調系統的運轉排程設為一周7天,7-23時。若空調系統尚未定,可先採用「理想空調」,它全年無休,不受排程影響。



下一站是設定「在地能源」。RBESP目前提供整合太陽能面板的模擬分析功能。假設太陽能面板的面積200m2,朝南,前傾角20度,輸入如下:




最後一站是「模擬分析」。大多數情況下直接用預設值既可,不用做更改。

在送出做模擬分析前,最好再從頭至尾把所有輸入檢查、確認一次。點「?」檢查牆構/窗構是否設定正確。例如現在再點第一樓段W1的窗構(設為2),就會出現如下更新資訊,顯示窗牆比(WWR)0.8無誤。



一切無誤就回到「模擬分析」,點「確認送出」。接下來的過程與S200雷同,分析完成後會顯示如下訊息:


點「分析報告」連結,會打開一新視窗,可線上檢視分析結果。點「下載檔案」,可下載/儲存包含下列6個檔案之zip:
  1. .html – 中文分析報告電子檔,含輸入參數紀錄。
  2. .idf – EnergyPlus 輸入檔。
  3. .osm – OpenStudio 模型檔。
  4. .xml - 含幾何外型的BIM(gbXML),可讀入RevitSketchUpOpenStudio。
  5. _eplustbl.html – EnergyPlus 英文原始分析報告。
  6. _data.html - 3D分析模型,可用FirefoxChrome(需網路連線)開啟檢視模型(如下圖1),並可撥放分析結果之動畫(如下圖2)。



圖中最右邊是視覺控制儀表板,功能太多就不一一介紹。另,可用滑鼠左鍵點模型任何部位就會顯示物件詳細資料。按住左鍵移動滑鼠可旋轉模型。滑鼠中間的滑輪可放大縮小圖形。

要撥放熱平衡分析結果的逐時動畫(目前提供「建物表面溫度」和「室內平均溫度」)須先在儀表板最頂端的「Render By」欄位中點最下面一個選項「Data」(如下圖)。



儀表板下端會自動延伸,顯示動畫控制表單」(如下圖)。勾選「Cycle Hour」會把一天24小時的分析結果逐時重複循環撥放。拉動「Day」可改變日期。以滑鼠左鍵點模型任何部位會顯示詳細動態數據。





分離量體

建築設計中可能會考慮某些樓段分開成兩個量體的外型(譬如下圖)



S300G 允許一個樓段能有兩個平面(最多)可以用「矩形」或「多邊形」建立。不過須注意:

  • 兩個平面總和不能超過12個邊,
  • 兩個平面不能有任何部位重疊(例如下圖)



在儲存平面時S300G會自動偵測錯誤,一發現異常會暫停並顯示錯誤訊息。點「OK」確認後,異常平面會自動被移除,須重繪平面。

若是平面正確已被儲存,是在修改過程中發生錯誤,S300G會保留該錯誤平面,但把樓地板面積變成0並用紅色顯示(如上圖),強迫必須修正後才能送出做運算。

拖拉角點(Pick-n-Drag)

平面儲存後S300G 提供兩種方法可用來修改平面形狀與角點座標。
第一種是已在示範例中介紹的直接更改角點座標值。這方法可以一次設定準確的座標,但須使用鍵盤稍微麻煩一點,較適合小幅度的「微調」。
第二種方法是現在要介紹的拖拉角點(pick-n-drag)。移動滑鼠「+」到角點處,一出現手指指針就表示已「鎖定」該角點,之後按住滑鼠左鍵,把該角點「拖拉」到新的位置。在拖拉過程中樓地板面積、角點座標、平面形狀都會動態自動更新。這方法快速、方便,但因受滑鼠與手指頭敏感度的限制,較適合大幅度的「大略」調整。

水平/垂直線快速鍵

最常見的建築平面是「矩形」或「直角多邊形」,所以很多時候會需要畫水平或垂直線。S300G 提供了一個小幫手,在移動滑鼠畫線的過程中同時按住「shift」鍵,就可畫出完美的水平或垂直線。

調整網格密度快速鍵

  • [」(左中括號)鍵: 每按一次,網格1格變4格,圖面縮小,尺寸不變。
  • ]」(右中括號)鍵: 每按一次,網格4格合成一格,圖面放大,尺寸不變。
請注意此功能鍵只在「繪圖模式」時才會發生作用。建議在「儲存平面前先把網格密度調回原始設定,或是所有樓段都用相同的網格密度。

建議最佳使用方式(best practices)

S300G在自動偵測錯誤方面做了非常多的努力。但RBESP畢竟不是Alpha-Go,沒有聰明到能預測操作過程中所有可能發生的情境。預防勝於除錯。下面是對新手的幾點小建議,可有效降低錯誤發生的機率。
  • 預先準備好每個樓段的平面圖與尺寸。
  • 預先決定適當的格距,所有樓段採用相同的網格密度。
  •  盡量將平面畫在畫布中央,充分利用畫布空間。瀏覽器切換為「全螢幕模式」,
  • 兩段式繪圖,先完成大致形狀,儲存,然後透過「拖拉角點」與「微調座標」修圖。
  • 完成平面圖後同時設定外牆與外窗構造。一個樓段都設定完後再設定上面的樓段。
  • 畫上層樓段平面圖時要小心避免與下層疊在一起時產生畸形的連結面。善用「顯示全部」功能查看所有樓段堆疊圖。
  • 善用「?」檢查牆構/窗構設定值。
  • 分析完成後用FirefoxChrome開啟_data.html檔,逐層檢查邊界條件、外殼構造、熱區等等之設定 (不同設定會顯示不同顏色,相對容易發現錯誤,也可直接用滑鼠點擊模型會顯示詳細數據)

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