本研究主要探討利用太陽熱能來驅動和加熱氣流，進而達到通風和 取暖的目的，為追求最實際的日照下所產生的效果，本實驗在戶外建造 一溫室空間，並將過去本研究團隊之研究成果的太陽能通風系統裝置在 此溫室屋頂上，其中太陽能通風器是藉由吸熱板吸收太陽熱能，並利用 熱管將熱能快速傳遞給散熱鰭片，周圍空氣被散熱鰭片加熱後產生自然 對流且往上排出，而溫室旁之戶外空氣會藉由門窗進入的遞補，進而達 到夏季通風降溫的效果，冬季取暖實驗方面則是將被加熱的空氣收集起 來，導回密閉的溫室空間而達到室內升溫的效果。溫室方面，總體積為 105 m3並從中間分隔為 A、B 兩室，位於南面的 A 室屋頂上裝有 4 m2的 太陽能通風器，並且在冬季時改裝為取暖系統，而為於北面的 B 室則無 安裝任何裝置做為對照組，其中太陽能通風器單一模組為長 1 m 寬 1 m 高 0.1 m，每一模組可放置 2 套吸熱板-散熱鰭片陣列，並在吸熱板上方覆 蓋一片玻璃。
研究分為兩部份，第一部份為夏季時為室內通風的研究，觀察有裝 和未裝太陽能通風系統對室內溫度之影響，第二部份為冬季取暖的研究，
在既有的太陽能通風器上加蓋集熱裝置收集熱氣並道回溫室內，觀察裝 和未裝太陽能取暖系統對室內溫度之變化。
5-1 綜合討論
在夏季的實驗部份，在七月、九月和十月裡各挑選一天做為當月代 表數據，在一天裡分為上午、中午和下午三個時段做實驗，每時段 1 小
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時，分別量測 A、B 兩室室內中心位置離地 3 公尺、離地 2 公尺、離地 1 公尺及地面之溫度，另外在 A、B 兩室室內 4 個方位角落也分別量測離 地 2 公尺及離地 1 公尺之溫度，而在太陽能通風器上也有量測各部位之 溫度(如圖 3-15)，實驗結果顯示不論是降溫或換氣速度皆可得到不錯的效 果。在七月的部份，中午戶外平均溫度可達 33℃，是為相當炎熱的時段，
而在此時 B 室室內溫度更比戶外溫度高出許多，最高點溫度甚至達到約 43℃，而有裝太陽能通風器的 A 室，最高點溫差則降了約 6℃，離地 2 公尺 A2 也和 B2 相差 4℃，雖仍屬高溫，但 A 室空間是有在通風的，人 處在 A 室 2 公尺以下的空間體感溫度是比處在 B 室悶熱空間感覺低很多。
在九月部份，戶外氣溫已比七月略降，但在中午時段戶外平均溫度仍有 33℃，A、B 兩室室內溫度分佈及溫差相當類似七月份之實驗結果，不同 的地方在於上午和下午時段，在上午時會比七月份之上午時段較慢升溫，
在下午時則比七月份下午時段較快降溫，顯示九月早晚溫差比七月份較 為明顯。在十月部份，戶外溫度除了有明顯降低外，早晚溫差更為明顯，
但在中午較熱的時段，A、B 兩室室內各高度溫差值則和七月份和九月份 實驗溫差值相近，顯示太陽能通風器在整個夏季中午時段，皆可以發揮 不錯之效能。整體而言，有裝通風器的 A 室溫度比未裝通風器的 B 室來 的低，降溫的效果可在 2~6℃之間，隨著高度而異，以人的生活空間 2 公尺以下來看，也有將近 4℃的差異，而通風量方面，即使接近黃昏的下 午時段，通風量皆可達 ASHRAE 的換氣標準，而上午與中午時段的換氣 速率遠過標準，證明本太陽能通風器的有效功能。
在冬季實驗部份，則選擇較冷的時段一月和二月份，其中一月份分 為一月上旬和一月下旬，同樣的也在一天裡分為上午、中午和下午三個 時段做實驗，每時段拉長 90 分鐘，分別量測 A、B 兩室室內各區域高度 之溫度分佈。在一月上旬部份，中午戶外氣溫約 27℃，而有裝太陽能取
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暖系統的 A 室室內溫度皆比戶外高，而未裝取暖系統的 B 室則較 A 室低 溫，在地面的 B0 甚至還低於戶外溫度，顯示其太陽能取暖系統作用在 A 室的效能，而在 A 室的 A2 和 A1 溫度分佈曲線中，因受到太陽能取暖系 統出口排熱風扇之影響，溫度趨勢相當接近，是為冬季實驗之特徵。在 一月下旬部份，因寒流影響而使得溫度略比一月上旬低，在中午時戶外 氣溫為 24℃，但 A 室整體溫度還是比 B 室高，在兩室溫差方面，從表 4-3 可以發現冬季溫差分佈和夏季溫差不同，大抵呈現以下分佈，在離地 3 公尺的 A3 和 B3 溫差是最大的，其次為地面的 A0 和 B0，再其次為離 地 1 公尺的 A1 和 B1，最後則為離地 2 公尺的 A2 和 B2，影響原因為太 陽能取暖系統在 A 室不斷的累積熱能，造成 A3 溫度提高，相對於 B3 的 溫度變化較為平緩，故在 A3 和 B3 之溫差最大，而被取暖系統出口排熱 風扇所影響的 A2 和 A1，也影響了 A2 和 B2、A1 和 B1 之溫差值，另外 在 B 室之地面 B0，因無日曬或被加熱，故皆處於最低溫的狀態，進影響 了 A0 和 B0 的溫差值。在二月下旬部份，為冬末春初的季節，戶外溫度 已開始回升，因 A 室取暖系統和密閉空間的作用下，A、B 兩室之溫差將 會越來越高，從表 4-3 之 2 月份中午時段各高度溫差即可看出這一變化。
整體而言在此冬季時節，以吸收太陽熱能使室內溫度提升較為困難，但 實驗結果發現，有裝太陽能取暖系統的 A 室溫度比未裝系統的 B 室來的 高，溫度可提升 1~4℃之間，其中該系統的的加熱效能，在較熱的中午時 段皆有 200W 以上，雖比一般電暖器小，但該系統之能量來源可謂無成 本，是為其優勢。
在夏季和冬季的實驗中，B 室可是為無變動的因子，雖 B 室室內溫 度隨著戶外氣候而有所高低，但其個高度溫度差異並不大，在 B3-B2、
B2-B1、B1-B0 時差距大約都落在 1~2℃之間，從溫度曲線看來皆有明顯 分層，故 B 室在本研究中，除了分別在夏季和冬季可做為 A 室的參考對
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照外，也是連接夏季實驗和冬季實驗的對照基準角色。另外本研究所使 用的溫室由 PEP 膜所搭建而成，雖稱不上所謂之建築，但若改建成相同 空間積體之水泥建築並分為 A、B 兩室，其中 A 室裝有太陽能通風器或 取暖系統，在相同條件下其溫差計算方面之結果理應會和本研究差不多，
故在本研究部份結果也可視為建築實驗之結果。
5-2 實驗誤差
本溫室位於戶外的環境中並直接吸收太陽熱能，影響實驗數據的因 素會有很多，例如太陽照射角度、太陽照射瓦數、天氣雲量、戶外風量 與風向…等較不可抗之外力因素，故難有溫度曲線之再現性，只能以長 時間和多次數的量測做為結論。
太陽能通風器本身裝置在溫室溫屋頂上，其散熱區為開放的流道，
而室內的熱氣本身也會產生自然對流的現象，經由此流道而排出而帶走 熱能，相對於密閉的 B 室熱能無法排出，室內溫度也會更高。另外在冬 季取暖部份，取暖系統裝置雖有做保溫措施，但還是喪失掉不少熱能，
也會影響道該取暖系統所提供熱能瓦數。
實驗中所使用的熱電偶線和數據擷取器偶爾會出現較為怪異的跳動，
其影響原因為熱電偶線使用一段時間後會有氧化或斷裂的問題，雖在實 驗前會定時保養檢查，但在實驗進行也難免會有狀況且無法立即終止實 驗，故在前章節之溫度分佈圖偶有較為怪異的曲線。
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5-3 未來工作及建議
本研究所使用之溫室為外白內黑 PEP 膜所搭建而成，非人住的建築 所使用的水泥牆或木牆，且會有些部份太陽熱能經由 PEP 膜材料進入室 內，進而影響整體效果，而為求更真實的結果，未來建議可改裝為更為 實際使用的外牆為主。
在取暖方面，台灣地處亞熱帶，冬天氣候並不夠寒冷，而本實驗之 取暖目的是為較適用於溫度較低的地方，雖然可看出在冬季取暖實驗之 效果，但仍有美中不足之處，未來可將此裝置放在寒冷的地方做實驗，
以判斷在更冷的環境下的取暖效果。
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參考文獻
1. Chan, H, Y., Riffat, S, B. and Zhu, Jie., “Review of passive solar heating and cooling technologies,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 14, pp. 781-789, 2010.
2. Richman, R. C. and Pressnail, K. D., “ A more sustainable curtain wall system: analytical modeling of the solar dynamic buffer zone (SDBZ) curtain wall,” Building and Environment, Vol. 40, pp. 1-10, 2009.
3. Nwachukwu, N. P. and Okonkwo, W. I., “Effect of an absorptive coating on solar energystorage in a Trombe wall system,” Energy and Buildings, Vol. 40, pp. 371-374, 2008.
4. Jie, J., Hua, Y., Gang, P., Bin, J. and Wei, H., “Study of PV-Trombe wall assisted with DC fan,” Building and Environment, Vol. 42, pp. 3529-3539, 2007.
Applied Energy, Vol. 84, pp. 135-146, 2007.
7. Miyazaki, T., Akisawa, A. and Kashiwagi, T., “The effects of solar chimneys on thermal load mitigation of office buildings under the Japanese climate,” Renewable Energy, Vol. 31, pp. 987-1010, 2006.
8. Ong, K. S. and Chow, C. C., “Performance of a solar chimney,” Solar
Energy, Vol. 74, pp. 1-17, 2003.
9. Luis, J., “A new design of roof-integrated water solar collector for domestic heating and cooling,” Solar Energy, Vol. 82, pp. 481-492, 2008.
47
10. Dimoudi, A., Lykoudis, S. and Androutsopoulos, A., “Thermal performance of an innovative roof component,” Renewable Energy, Vol.
31, pp. 2257-2271, 2006.
11. Maria, C., Munari, P. and Christian, R., “Towards an improved architectural quality of building integrated solar thermal systems (BIST),”
Solar Energy, Vol. 81, pp. 1104-1116, 2007.
12. Mathur, J. and Anupma, S. M., “Summer-performance of inclined roof solar chimney for natural ventilation,” Energy and Buildings, Vol. 38, pp.
1156-1163, 2006.
13. Pasquay, T., “Natural ventilation in high-rise buildings with double facades, saving or waste of energy,” Energy and Buildings, Vol. 36, pp.
391-389, 2004.
14. Davies, P. A., “A solar cooling system for greenhouse food production in hot climates,” Solar Energy, Vol. 79, pp. 661-668, 2005.
15. Esen, H., “Experimental energy and exergy analysis of a double-flow solar air heater having different obstacles on absorber plates,” Building
and Environment , Vol. 43, pp. 1046-1054, 2008.
16. Zhai, X. Q., Dai, Y. J. and Wang, R. Z., “Experimental investigation on air heating and natural ventilation of a solar air collector,” Energy and
Buildings, Vol. 37, pp. 373-381, 2005.
17. Zhao, D. L., Li, Y., Dai, Y. J. and Wang, R. Z., “Optimal study of a solar air heating system with pebble bed energy storage,” Energy Conversion
and Management, Vol. 52, pp. 2392-2400, 2011.
18. Elenbass, W., “Heat dissipation of parallel plates by free convection,”
Physica, Vol. 9, pp. 1-28, 1942.
19. Grover, G. M., Cotter, T. P. and Erickson, G. F., “Structures of very high thermal conductance,” Journal of Applied Physics, American Institute of
Physics, Vol. 35, pp. 1990-1991, 1964.
48
20. Kumar, R. and Rosen, M. A., “A critical review of photovoltaic–thermal solar collectors for air heating,” Applied Energy, Vol. 88, pp. 3603-3614, 2011.
21. Naphon, P., “On the performance and entropy generation of the double-pass solar air heater with longitudinal fins,” Renewable Energy, Vol. 30, pp. 1345-1357, 2005.
22. Burmeister, L. C., “Convective Heat Transfer,” 2nd
edtion, J. Wiley, & Son, Inc, 1993.
23. 陳維新, 能源概論, 高立圖書有限公司, 2009.
24. 陳俊宏, 太陽能煙囪能量轉換效能改善之探討, 國立成功大學航空太 空研究所碩士論文, 7 月 2008.
25. 國立成功大學綠色魔法學校網站 http://www.msgt.org.tw
26. 呂金翰, 利用太陽熱能達到通風效果的研究, 國立成功大學航空太空 研究所碩士論文,7 月 2007.
27. 林宥任, 太陽能通風設備的熱交換鰭片參數化研究, 國立成功大學航 空太空研究所碩士論文, 1 月 2009.
28. 劉智仁, 蒸汽腔室於電子冷卻之應用, 國立成功大學航空太空研究所 碩士論文, 7 月 2004.
29. 依日光, 熱管技術理論實務, 復漢出版社有限公司, 1999.
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50 brooze
1.6-3.3 6-11 1 風 拂面 ， 樹葉有聲, 普 通風 標 轉動
3
微風Gentle breeze
3.4-5.4 12-19 1-3 樹 葉及 小
3.4-5.4 12-19 1-3 樹 葉及 小