本章主要探討實驗的結果與分析。在第一節的部分為夏季溫室通風 的實驗,針對在 2012 年 7 月到 10 月實驗數據之分析,期中 8 月因天氣 皆不穩定故無擷錄。第二節的部分為冬季溫室取暖的實驗,針對 2013 年 1 月到 2013 年 2 月的實驗數據之分析。
4-1 夏季溫室通風之探討
本節主要探討分別在 2012 年 7 月 12 日、9 月 12 日、10 月 3 日之實 驗結果,於當日之上午(8:00~9:00)、中午(13: 00~14:00)、下午(17:00~18:00 , 10 月 3 日為 16:30~17:30)三時段進行相關量測,量測結果除當日內互相 比較外,並可比較不同日期之實驗結果,分析其太陽能通風器在夏天的 工作效能。
4-1-1 2012 年 7 月 12 日之實驗結果
當日天氣為晴天,雲量為 0/8(表 4-1),戶外風量為 2 級以下(表 4-2),
戶外溫度最高約為 34℃,屬於典型炎熱的夏季氣候。此次實驗尚未記錄 B 室角落溫度及太陽能通風器出口(Outlet)之通風量、通風溫度。
(1) 8:00~9:00 時段
圖 4-1、圖 4-2 為本時段 A、B 兩室中心溫度分佈,其垂直溫度分佈 方面由最高量測點離地 3 公尺(A3、B3)溫度 > 離地 2 公尺(A2、B2) 溫 度 > 離地 1 公尺(A1、B1)溫度 > 地面(A0、B0)溫度,很明顯的 B 室整 體溫度比 A 室溫度高,在最高點 B3 比 A3 高 4℃;B2 比 A2 也高 4℃;
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B1 比 A1 高約 2℃;在地面的 B0 和 A0 則差距較小(各平均溫度差值如表 4-3),而水平溫度走向部分,此時段陽光對溫室的加熱效應略趨成長,過 程中在約 2、16、32 分鐘時有下降情況,可能為天空雲所遮擋或風吹降 溫等的戶外干擾所致,另外在戶外溫度部分,A1、A0 溫度較接近戶外溫 度,而 B 室溫度皆高於戶外溫度,顯示其通風效應下戶外氣流有進入 A 室,B 室則無。圖 4-3 為 A 室 4 個角落的溫度分佈,分別為東北方 EN(圖 4-3-1)、東南方 ES(圖 4-3-2)、西北方 WN(圖 4-3-3)、西南方 WS(圖 4-3-4),
此 4 張圖分布趨勢略同於中心溫度的 A2 和 A1,同樣的,離地 2 公尺比 離地 1 公尺之溫度高,上下溫差約 0.7℃,另外東側部分(東北方、東南方) 之溫度會略高於西側部分(西北方、西南方),顯示其當時段有日照角度的 影響,溫室東側牆會受到陽光照射故溫度比西側略高。
圖 4-4 為太陽能通風器各點之溫度分佈,其中各點之量測為如圖 3-15,
在吸熱區的部分,因熱管有快速導熱的特性,將吸熱板的熱能吸收後快 速傳向散熱區,以致熱管溫度(AT)低於吸熱板的溫度(AP),吸熱鋁板則 相對傳熱較慢,而散熱區部分有分為前散熱鰭片 (EP1)和後散熱鰭片 (EP2) ,約 46.5℃的熱管溫度將熱能分散在各個散熱鰭片,而每片散熱鰭 片的溫度範圍就會落在 EP1 和 EP2 之間,也就是約 39~41℃,另外在往 後時段的實驗比較也發現,散熱鰭片有一部分為陽光所加熱並與其照射 角度有關,故在此時段偏東側的 EP1 溫度大於偏西側的 EP2。圖 4-5 為 太陽能通風器的入口通風量(圖 4-5-1)及入口通風溫度(圖 4-5-2),入口通 風量平均約為 0.16 m/s,而通風溫度平均約 34.5℃,與接近此點的 A3 溫 度分佈相近。圖 4-6 為戶外的風量,每 10 分鐘記錄一次作為參考數據,
風速平均為 0.67 m/s。
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(2) 13:00~14:00 時段
本時段為三個時段內陽光照射最強烈的時段,故最具有參考價值,
圖 4-7、圖 4-8 為本時段 A、B 兩室中心溫度分佈,以垂直溫度分析,和 早上時段一樣呈現離地越高溫度越高的情況,且 A 室離地較低的 A1 和 A0 溫度曲線相近,但高於戶外溫度,與早上時段相異,B 室則有明顯分 層且相對平穩, 在最高點 B3 比 A3 高約 6℃;B2 比 A2 高約 4℃;B1 比 A1 高約 2℃;最低點 B0 和 A0 則相差較小約 1℃(表 4-3),結果顯若以 常人生活空間(約離地 2 公尺以下)看來,在最嚴熱的中午時段,有裝通風 器的 A 室和未裝通風器的 B 室之空間溫度就可降低約 4℃。水平溫度走 向方面,經過上午時段陽光對溫室的加熱作用後,到此時段已達溫室被 加熱的上限,故整體溫度走向較為平穩,其中 A 室因通風器影響下與戶 外空氣交流,故有較多的溫度震盪,B 室則無。圖 4-9 為當時 A 室 4 個 方位角落之溫度分佈,此時段因陽光照射角度影響小,故 4 個角落之溫 度分佈非常相近,也與中心溫度之 A2 和 A1 相近。
圖 4-10 為此時段太陽能通風器各點之溫度,同樣的在吸熱區的部分,
吸熱板溫度(AP)會高於熱管溫度(AT),吸熱區內最高溫可被加熱到約 56℃,而散熱區部分,前散熱鰭片(EP1)平均溫度 42.5℃,後散熱鰭片(EP2) 平均溫度 43.8℃,相差約 1℃,但 EP2 溫度略高於 EP1,與上午時段相異,
也因通風器本身有往東傾角 5°的關係,西面的 EP2 受光照較多,固可證 明散熱鰭片溫度高低也與陽光加熱有關。圖 4-11 為太陽能通風器的入口 通風量(圖 4-11-1)及入口通風溫度(圖 4-11-2) ,圖 4-12 為戶外風量,在 此時段通風器入口通風量應高於上午時段,但此時段平均結果卻為低於 上午時段的 0.13 m/s,且因戶外風速平均值(2.03 m/s)在此時高於上午許多,
故為通風器上層氣流擾動會影響其量測值,另外在通風溫度方面,平均 溫度為 39.2℃,也與接近此點的 A3 溫度分佈相近。
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(3) 17:00~18:00 時段
圖 4-13、圖 4-14 為本時段 A、B 兩室中心溫度分佈,因此時為下午 夕陽時段,照射能量減弱許多,很明顯的溫度呈現快速下降的趨勢,以 垂直溫度分析,同樣的也有離地越高溫度越高的情況,但各高度差距較 小,最高點 B3 比 A3 高約 2℃(表 4-3),差距比中午時段小很多,A 室的 A2、A1、A0 已降溫到與戶外溫度相近,而 B 室還有較明顯分層,顯示 溫室經過一整天陽光的照射,B 室在此時段還殘有餘熱,A 室經由通風 效應下則早已降溫至和戶外相近的溫度,水平溫度方面皆呈現降溫的走 向,最後記錄都約在 31℃,顯示其在此時段後 A、B 兩室之溫度差易就 會較不明顯了。圖 4-15 為當時 A 室 4 個方位角落之溫度分佈,同樣的也 與 A2、A1 溫度分佈相近,另外西側溫度部分(圖 4-15-3、圖 4-15-4)則略 高於東側溫度(圖 4-15-1、圖 4-15-2),與早上情況相反,與太陽照射當時 西面照射有關。
圖 4-16 為此時段太陽能通風器各點之溫度,一樣呈現快速下降的情 況,因還殘有餘熱的情況,加熱區平均溫度還有約 37.5℃,散熱區散熱 鰭片平均溫度還有約 33℃。圖 4-17 為太陽能通風器的入口通風量(圖 4-17-1)及入口通風溫度(圖 4-17-2),此時通風器通風量已小很多,平均值 為 0.04 m/s,而通風溫度部分也和接近此點的 A3 溫度分佈相近。圖 4-18 為戶外風量,比中午時段小,平均值為 1.23 m/s。
4-1-2 2012 年 9 月 12 日之實驗結果
當日天氣為晴天,雲量 1/8(表 4-1),戶外風量約在 2 級風以下(表 4-2),
戶外溫度最高約為 34℃,此日期為夏季的尾段,故實驗的溫度數值分佈 略低於 7 月 12 日之溫度數值,但整體實驗結果和 7 月 12 日差異不大,
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可比照類推做為參考,所以本小節除重點外其它論述較簡約。實驗內容 方面新增加了太陽能通風器之出口通風量與通風溫度。
(1) 8:00~9:00 時段
圖 4-19、圖 4-20 為本時段 A、B 兩室中心溫度分佈,在最高點 B3 比 A3 高約 3.5℃;B2 比 A2 高約 4.5℃;B1 比 A1 高約 2℃;最低點 B0 和 A0 則相差較小約 1℃(表 4-3),整體溫度走向為逐漸升高的情況,與 7 月 12 日上午時段之 A、B 兩室各高度溫度分佈比較,都約降了 1℃。圖 4-21 為當時 A 室 4 個方位角落之溫度分佈,與本時段的 A2、A1 溫度分 佈相近,也有東側溫度大於西側溫度的情況。圖 4-22 為此時段太陽能通 風器各點之溫度,此次吸熱區之吸熱板(AP)與熱管(AT)溫度差異不大,
但仍略有吸熱板溫度高於熱管溫度的跡象,散熱區之散熱鰭片溫度介於 36~40℃之間,也因日照角度的影響前散熱鰭片(EP1)溫度高於後散熱鰭片 (EP2)。圖 4-23 為太陽能通風器的出入口通風量(圖 4-23-1)及出入口通風 溫度(圖 4-23-2),通風器通量部分,入口空氣被散熱鰭片加熱膨脹後通過 出口,很明顯的出口通風量會高於入口通風量,相差了 0.24 m/s,但其出 口通量因感測器的位置也很容易被戶外的風所影響,故參考性質較低,
通風器通風溫度部分,空氣經由加熱後,也很明顯的出口通風溫度會高 於入口通風溫度,相差了約 5.5℃,顯示在此時段通風器加熱空氣的效能,
圖 4-24 為當時戶外風量,平均風速為 0.57 m/s,有逐步增加的情況。
(2) 13:00~14:00 時段
本時段為當日最具有其參考價值,圖 4-25、圖 4-26 為此時 A、B 兩 室中心溫度分佈,在最高點 B3 比 A3 高約 6℃;B2 比 A2 高約 4.5℃;
B1 比 A1 高約 2.5℃;最低點 B0 和 A0 則相差較小約 1℃(表 4-3),以人 活動空間的觀點看,A 室在離地 2 公尺的高度溫度可降到約 34.5℃,比 B 室同高度的 39℃更易容忍其室溫。圖 4-27 為當時 A 室 4 個方位角落之溫
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度分佈,此時 4 角落溫度趨勢相近,也與本時段的 A2、A1 溫度分佈相 近。圖 4-28 為此時段太陽能通風器各點之溫度,與上午時段同樣的情況,
吸熱區之吸熱板(AP)溫度只略高於熱管(AT)溫度,而散熱區之散熱鰭片 溫度會介於 42~44℃之間,因日照角度差異較上午時段小,故其前後散熱 鰭片溫度差異也上午時段較小。圖 4-29 為太陽能通風器的出入口通風量 (圖 4-29-1)及出入口通風溫度(圖 4-29-2),通風量部分,出入口風速相差 約 0.3 m/s,大於上午時段的差值,通風溫度部分,出入口溫度相差約 2.5℃,
比上午時段差值小,其原因為 A 室內溫度因加熱效應從上午時段到中午 時段成長較多,而通風器出口較接近戶外空間,溫度從上午時段到中午 時段溫度成長較少,故其差值減少。圖 4-30 為當時戶外風量,平均風速 為 1.84 m/s,高於上午時段之風速。
(3) 17:00~18:00 時段
圖 4-31、圖 4-32 為本時段 A、B 兩室中心溫度分佈,很明顯的在微 弱陽光照下,溫度在此時段呈現快速下降的走向,A 室整體甚至已降到 低於戶外溫度的情況,而 B 室雖在紀錄之初還有相當的餘熱,但經過一 小時後溫度也大幅降低,在表 4-3 中,A、B 兩室的溫度差距也比之前同 時段小。圖 4-33 為此時 A 室 4 個方位角落之溫度分佈,也與本時段的 A2、A1 溫度分佈相近,並因西照的影響,西側溫度略高於東側溫度。圖 4-34 為此時段太陽能通風器各點之溫度,除了和之前相同的溫度分層外,
此時吸熱區的溫度(AT、AP)和散熱區(EP1、EP2)的溫度相差比較小,顯 示陽光對通風器的加熱已不明顯,故通風氣已開始降溫,並可預期的會 降到兩區溫度一樣的情況。圖 4-35 為太陽能通風器的出入口通風量(圖 4-35-1)及出入口通風溫度(圖 4-35-2),此時通風量以小很多,出入口風速 相差約 0.2 m/s,而通風溫度部份,出入口溫差約 1.5℃,圖 4-36 為當時
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戶外風量,平均風速為 0.79 m/s,低於中午時段之平均風速,此時偶有出 現較強的風。
4-1-3 2012 年 10 月 3 日之實驗結果
當日天氣為晴天,雲量 1/8(表 4-1) ,戶外風量約在 2 級風以下(表 4-2),
戶外溫度最高約為 31.5℃,此日期為夏末秋初的季節,白天晚上溫差較 大,故在上午時段與下午時段的實驗 A、B 兩室溫差較 7 月份與 9 月份 小,中午時段則相同(由表 4-3 比較可得之),為本次實驗的特點,另外為 因 應 下 午 時 段 陽 光 照 射 的 關 係 , 故 將 下 午 時 段 實 驗 時 間 調 整 為
戶外溫度最高約為 31.5℃,此日期為夏末秋初的季節,白天晚上溫差較 大,故在上午時段與下午時段的實驗 A、B 兩室溫差較 7 月份與 9 月份 小,中午時段則相同(由表 4-3 比較可得之),為本次實驗的特點,另外為 因 應 下 午 時 段 陽 光 照 射 的 關 係 , 故 將 下 午 時 段 實 驗 時 間 調 整 為