汽車車廂節制高溫裝置

大華技術學院

機電工程研究所

碩士論文

汽車車廂節制高溫裝置

A Restricted Device of High Temperature for Automobile Cabin

SAWANG SAWANG SAWANG SAWANG

研 究 生：王柏中

指導教授：杜鳳棋 博士

中華民國

100 年 3 月 12 日

摘要

太陽能具有取之不盡，用之不竭的先天優勢；但太陽輻射熱卻也是造 成汽車車廂內悶熱的主因。若能化阻力為助力，吸收太陽輻射能而轉換成 消除汽車車廂的熱效應，將具有節能與環保的雙重功效。本論文旨在提出 一種創新與創意的設計，運用熱對流原理研發出太陽能轉換做為汽車車廂 散熱之裝置，主要包含軟式薄膜太陽能電板系統、機殼、風扇及噴霧器等 單元組裝而成，能有效的改善汽車熱效應的困擾，是極具有商機與發展潛 力的新產品。根據實驗數據顯示，車箱排熱器在自然對流的降溫幅度約達 11.7℃、強制對流的降溫幅度可達 22.1℃左右、蒸發熱散逸降溫幅度達到降 溫 6.9℃，效果極為可觀，這也是本論文的最佳訴求，而且是在太陽能板自 主供電的情況下達成。 關鍵字：太陽能、自然對流、強制對流、蒸發熱。

ABSTRACT

The automobile exposes to solar radiation under the sun, the temperature of automobile cabin will reach quickly above 50 as a result of the greenhouse ℃ effect and the thermal radiation. The high temperature within the automobile cabin produces equipments and decorations to release the formaldehyde, this kind of virulent gas harms seriously the human body's health. This invention is to design a device to restrict high temperature for automobile cabin, this device has three-in-one function, that includes natural convection, forced convection, and heat of vaporization. Three functions were made to improve the thermal comfort of automobile cabin, the experimental results show that this device reduce the cabin temperature 22.1℃ by forced convection, 11.7℃ by natural convection, and 6.9℃ by vaporizative heat, respectively. we can firmly conclude that the thermal comfort is improved effectively by this new device.

Keywords: Solar energy, natural convection, forced convection, heat of

致謝

本論文能完稿付梓，首先最重要的是感謝恩師杜鳳棋教授，這兩年來 所經歷所學到的，不管是在研究方面或是比賽方面，恩師都付出了相當多 的心力與辛勞，循序漸進的引導我教導我，甚至能夠有機會去馬來西亞參 加國際發明展。同樣的也要感謝本校機電工程研究所之所有老師教導與鼓 勵，除此之外也要感謝口試委員羅仁隆老師、趙守嚴老師以及黃隆偉老師 對本論文的指正與建議，使得本論文能夠更趨勢於完善。 除了老師的感謝外，亦感謝所有同學相互勉力與協助，對於論文及課 業之完成受益匪淺，永誌不忘。本論文承蒙國科會「主動式貨櫃屋除熱裝 置」(NSC99-2622-E-233-003 -CC3)之經費補助，使實驗得以順利完成，特 此致謝。 最後，我要藉此向我的家人表達崇高謝忱之意，有他們的鼓舞與支持， 才能讓我能專心的在課業上學習，研究所這幾年能夠如此順利，有今天這 樣的成果，感恩與感謝盡在不言中。 柏中 謹誌

目錄

頁數 摘要 II ABSTRACT III 致謝 IV 目錄 V 圖目錄 VII 表目錄 IX 符號及縮寫表 X 第一章 導論 01 第 1.1 節 研究動機 01 第 1.2 節 研究目的 03 第二章 文獻回顧 05 第 2.1 節 汽車悶熱效應的形成 05 第 2.2 節 汽車悶熱效應的影響 08 第 2.3 節 傳統解決悶熱效應的方法 13 第 2.4 節 未來解決悶熱效應的方向 18 第三章 研究方法 23 第 3.1 節 模型製作與測試 23

第 3.2 節 實驗步驟 28 第 3.3 節 節制高溫裝置的熱傳遞原理 32 第 3.4 節 節制高溫裝置創新性與創意性 37 第四章 結果與討論 39 第 4.1 節 強制對流熱散逸之效用 39 第 4.2 節 自然對流與蒸發熱散逸之效用 45 第五章 結論與展望 50 第 5.1 節 對流熱散逸效果 50 第 5.2 節 蒸發熱散逸效果 51 第 5.3 節 未來展望 52 參考文獻 54 著作 59

圖目錄

頁數 圖 2.1 在日曬時車廂內溫度上升情況 61 圖 2.2 隨不同環境狀況在日曬時車廂內溫度上升情況 61 圖 2.3 過去十年間在美國汽車兒童悶熱致死的案例數 62 圖 3.1 汽車車廂節制高溫裝置裝配平面示意圖 62 圖 3.2 汽車車廂節制高溫裝置裝配立體示意圖 63 圖 3.3 汽車車廂節制高溫裝置熱傳遞原理 63 圖 3.4 汽車車廂節制高溫裝置能量轉換運用 64 圖 3.5 汽車車廂節制高溫裝置元件裝配佈置 64 圖 3.6 流線的機殼頂部設計 65 圖 3.7 風扇之靜壓與空氣流率關係圖 65 圖 3.8 風扇之樣式 66 圖 3.9 溫度控制器之樣式 66 圖 3.10 汽車車廂節制高溫裝置電路接線圖 67 圖 3.11 汽車車廂節制高溫裝置實驗測試示意圖 67 圖 3.12 數位式溫度計樣式 68 圖 3.13 汽車車廂節制高溫裝置實體外觀照片 68 圖 3.14 汽車車廂節制高溫裝置實體外觀照片 69

圖 3.15 汽車車廂節制高溫裝置實體外觀照片 69 圖 3.16 汽車車廂節制高溫裝置實體側邊照片 70 圖 3.17 汽車車廂節制高溫裝置實體前上方照片 70 圖 3.18 汽車車廂節制高溫裝置實體夜視照片 71 圖 3.19 實驗箱前上方照片 71 圖 3.20 實驗箱側視照片 72 圖 4.1 風扇裝置形式的影響測試(#1, #2, #3) 73 圖 4.2 風扇裝置形式的降溫情況(#1, #2, #3) 73 圖 4.3 風扇抽氣轉數的影響測試(#4, #8, #12) 74 圖 4.4 風扇抽氣轉數的影響評估(#4, #8, #12) 74 圖 4.5 風扇吹氣轉數的影響測試(#6, #10) 75 圖 4.6 風扇吹氣轉數的影響測試(#5, #9, #13) 75 圖 4.7 風扇裝置形式的降溫情況(#5, #9, #13) 76 圖 4.8 風扇抽氣轉數的影響評估(#7, #11) 76 圖 4.9 蒸發與自然對流熱散逸的降溫情況(#14) 77 圖 4.10 蒸發與自然對流熱散逸的降溫情況(#15) 77 圖 4.11 蒸發與自然對流熱散逸的降溫情況(#16) 78 圖 4.12 蒸發與自然對流熱散逸的降溫情況(#17) 78 圖 4.13 蒸發與自然對流熱散逸的降溫情況(#18) 79 圖 4.14 蒸發與自然對流熱散逸的降溫情況(#19) 79

表目錄

頁數 表 3.1 實驗測試條件 29 表 3.2 實驗的外界溫度測量值 30 表 3.3 蒸發熱散逸實驗測試條件 30 表 3.4 蒸發熱散逸之外界溫度測量值 31 表 3.5 典型的對流係數 33 表 3.6 霧狀顆粒分類 35 表 4.1 自然對流之降溫情況 47 表 4.2 自然對流與蒸發熱散逸之降溫情況 48

符號及縮寫表

h convection coefficient 對流係數 P pressure 壓力 P_v vapor pressure 蒸汽壓

P_v,sat saturation vapor pressure 飽和蒸汽壓

" conv

q convective heat flux 對流熱通量 R gas constant 氣體常數 T temperature 溫度 T_a ambient temperature 外界溫度 T_{o control temperature} 設定溫度 T_s heated surface temperature 加熱表面溫度

t time 時間 t_o 風扇運轉後的計秒時間 ΔT temperature difference 溫差 Δt time interval 時間間距 Ψ absolute humidity 絕對濕度 Ψ_max 最高濕度 ρ density 密度 θ_d relative temperature drop 相對溫降 θ_r relative temperature difference 相對溫度差值 φ relative humidity 相對濕度

第一章 導論

第 1.1 節 研究動機 汽車是現在最多人使用之交通工具，汽車內部主要的安全設計，應該 使駕駛擁有良好的視線、乘坐舒適、減少疲勞。視界的開闊感，有賴於減 少頂蓬車架及窗框所形成的視線盲點。在雨天及霧天應當使玻璃窗盡量維 持清潔明淨，內部的空氣亦須保持流通，以免玻璃內部凝結霧氣。在夏天 及太陽天，則應盡量避免直接曝曬太陽，內部通風與溫度務必控制良好， 以免乘坐人員感覺悶熱昏沉。 近代汽車的車廂通風系統已接近完美，固定的空氣進口通常裝在擋風 窗下方，氣流導向板則裝置在儀表板上，空氣流動的方向由可動式導流板 而任意調整；氣流通過汽車擋風玻璃的表面，將霧氣或熱氣驅散，經由車 體後方的通風道排出車廂外。現代汽車的外型並非全由工程師或設計師決 定，有一部分係融入了人類的科技理念及顧客的消費期待，同時也受到製 造成本與社會大眾接受度的影響。早期流行的轎車，外型要求著重於氣派， 內部搭乘空間重視寬敞，在這種思維所創造出得車體，一般均由引擎室、 乘客廂以及行李廂等三部分所構成，1962 年福特跑天下(FORD Cortina)即為 顯著的例證。但在今日汽車設計理念，已著重於以空氣動力學(aerodynamics) 為重心，外型成流線型(streamlined)使得通過車體的氣流形成下壓，故增加

了車輛行駛的穩定性。同時引擎室的二側具有下斜設計，使車頭降低而車體 線後升，故增大了前方得視界，而且車廂及行李廂的空間也相對地增加。 現在汽車得另一大項重大成就，也就是前擋風窗及後窗配合較小的車頂架 住，四週的車廂窗玻璃均採用弧形設計，使得車內的視界提升擴大，側向 空間亦增大。 通常車子在大太陽之下曝曬，會造成車內溫度迅速的上升，有可能促 使密閉車廂內之溫度高達 60℃以上，這種溫室效應導致車內裝潢會釋放過 量的甲醛(formaldehyde, HCHO)或甲苯(toluene, C7H8)，甚至有時會高達平 時的 20 倍，甲醛為毒性致癌物質，會引發孕婦流產及兒童血癌，因此夏日 一定要做好汽車防曬及通風降溫的工作，要開車前最好先將車門開啟 3~5 分鐘在行駛，以確保自身健康安全。此外，經太陽曝曬後如蒸籠般的車廂， 因溫度過高或通風不良，極有可能造成車內人員中暑，嚴重者將會引發熱 衰竭死亡。所以，汽車內的溫室效應就是非常需要改善之重點，而且現在 地球上最常使用之交通工具就是汽車，所以能改善汽車溫室效應的困擾， 將是非常具有商機之創意發明！

第 1.2 節 研究目的 近年來，環保議題在全球持續的發酵，世界各國都在積極發展乾淨、 無汙染的替代能源。太陽能源不會產生熱污染(thermal pollution)且源源不 絕；太陽能具備環保、無污染…等優點，所以應用相當的廣泛，市面上的 太陽能產品與相關零組件也都非常齊全，而且技術極為成熟。太陽能一般 是指太陽光的輻射能量，目前已廣泛的使用在發電。 太陽能的運用，現今有被動式利用光熱轉換(light-to-heat transformation) 和光電轉換(photoelectric transformation)兩種方式；太陽能發電是一種新興 的可再生能源，具有「取之不盡，用之不竭」的優勢。時至於今，利用太 陽能源作為化解石油危機的功能，尚未發揮得淋漓盡致，反而因化石能源 隨人類文明增進而過度開發，導致全球氣候異常暖化，使得包括太陽能之 再生能源的開發利用，再度成為各國認真思考的課題。 由於汽車在日光照射下，停放在室外的封閉式汽車的車內空間，可能 在短時間內快速上昇到 60℃以上，甚至高達 70~80℃，若直接進入車內時 會突然感到汗流夾背而不舒適；雖然啟動汽車後可以開啟冷氣來散熱，但 是以此散熱的速度相當緩慢且會增加油耗，所以從節能減碳的角度來看， 這是相當需要去解決的一個課題。汽車發明至今已超過一個世紀，我們實 在不能再忽視這個嚴重的問題。

為迎接綠能時代的來臨，台灣積極投入太陽能技術之開發與運用，「為 地球降溫」是我們身為地球村(global village)成員應共同恪遵的理念。太陽 能是外來到達地球最多的能源，將近全世界使用能源的二萬倍，雖然其能 量密度低，且受日夜、季節及氣候之影響，但其不帶來任何污染、分佈廣 闊、供應源源不絕，可說是世界上最豐富、最理想的能源。

第二章 文獻探討

第 2.1 節 汽車悶熱效應的形成 溫室效應(greenhouse effect)代表在一個空間之內，進入的能量高於溢出 的能量，因此系統內部的溫度為之增加；在晴天汽車停留於陽光下，打開 車門即有一股熱氣傳出，此原因在於太陽光進入汽車內部，而氣密的門窗 阻止熱量外洩使車內氣溫高昇，此即為溫室效應影響的實例（袁壽夔、陳 永麟，1979；中華高氣壓醫學資訊網，2000）。 當太陽光照射到車輛時，太陽光以直接輻射(direct radiation)與漫射輻射 (diffuse radiation)兩種方式傳播熱能，進而被車體外殼表面吸收，金屬材質 的車體會因為容易傳導熱，因而使車體內的空間快速加熱。太陽輻射能夠 穿透擋風玻璃後在車內加溫，車內的溫度則因為緊閉的車窗，使積熱無法 散逸，這種增溫現象就是所謂的汽車溫室效應，也就是造成汽車悶熱最主 要的原因。 汽車悶熱最主要的形成原因，是因為受到太陽光的曝曬後的能量傳遞 結果。太陽光廣義的定義是來自太陽所有頻譜的電磁輻射(electromagnetic radiation)，電磁輻射又可稱為電磁波(electromagnetic wave)，是由同相振盪 且互相垂直的電場(electric field)與磁場(magnetic field)在空間中以波的形式 移動，其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面，有效的傳遞能量(kinetic

energy)和動量(momentum)。電磁輻射可以按照頻率分類，從低頻率到高頻 率，包括有無線電波(radio wave)、微波(microwave)、紅外線(infrared ray, IR)、可見光(visible light; 400~760nm)、紫外線(ultraviolet, UV)、X 射線(X ray) 和伽馬射線(gamma ray)等等。而太陽光主要是由可見光 50%、紅外線 47%、 紫外線 7%所組成。因此我們可以稱太陽光為太陽輻射，又由於這些輻射波 長較短，太陽輻射又稱短波幅射(short-wave radiation)。短波幅射中紅外線 波長的輻射會使得原子劇烈搖晃，故會產生熱而具有很強的熱效應，並且 易於被物體吸收，這也就是為什麼溫度會上升的原因，我們稱之為輻射熱 (radiation heat)。 當汽車停駛曝曬在陽光底下時，太陽光穿透汽車車廂的玻璃，密閉的 車窗造成車廂内熱量受限不易散失，導致車廂內的溫度上升。此外，車體 大量採用高強度鋼板，也由於金屬的導熱性極佳，使得太陽的熱能夠快速 的經由車體進入車內，加劇車廂內的悶熱效應。以通用汽車(General Motors, GM)公布的資料和根據Jan Null在PEDIATRICS發表的文章，顯示出車內溫 度劇升的情況如圖 2.1 和圖 2.2 所示。 在不同的大氣溫度下量測，經過一小時後所量測後得的溫度階大幅攀 升，原本 73℉的溫度（相當於 26℃），在 10 分鐘後上升到 90℉（相當於 34℃），一個小時後高達到 114℉（相當於 49℃）。台灣處於亞熱帶地區， 夏天的溫度常常高於 33℃以上，當汽車停在大太陽之下，約莫 10 分鐘車內

就會感覺非常悶熱，汽車內部的溫度因溫室效應及車體吸熱，有可能衝到 60~70℃，一般人在這種環境根本撐不到 20 分鐘。

第 2.2 節 汽車悶熱效應的影響

在晴天將汽車停放於陽光下，打開車門即有一股熱氣衝出，此原因在 於陽光進入汽車內部，密閉的門窗阻止熱量外洩而導致車廂(cabin)內的溫度 高升（Ozeki, Takabayashi, & Tanabe, 2005; Yamashita et al., 2005; 林志儒， 2005）。根據史丹佛大學(Stanford University)醫學院研究員最近發現（大紀 元時報電子報，2005），縱使在比較涼快的天氣狀況下，一輛停泊在陽光 照射下的汽車，車廂會產生溫度偏高亦可能對生命造成威脅（王志強等人， 2008；洪淵庭、陳聲平，2004；溫義嗣，2004；National SAFE KIDS Campaign, 2005）。 由於太陽光輻射效應而使車廂內部處於高溫的狀態下，汽車內部的電 子系統與裝潢，在陽光曝曬下很容易「中暑生病」，如何讓愛車能度過一 個清爽的豔陽天，不僅關係著汽車的「健康」，更關係著駕車者和乘車者 的安全。利用遮陽板阻擋太陽的強光，減少陽光之輻射作用，這是對付汽 車車廂熱效應不無小補的方法。另外，汽車空調系統定期的保養和維護， 乃是確保空調正常運轉的基礎，亦是解決汽車溫室效應亡羊補牢的方式。 其他抵抗汽車溫室效應的方法五花八門，例如採用車載冰箱、清涼座墊、 隔熱車罩…林林總總實在不勝枚舉，但這些配件的效果總是極其有限，並 不符合消除車廂內熱效應的期待。 當日曬過久會使車內產生高溫，裝飾釋放出甲醛(formaldehyde；HCHO) 之有毒氣體，這種無色的化學氣體，是常見的有毒化學物，其具有刺激性

和窒息性的氣體，是世界衛生組織公認的致癌物之一。甲醛濃度高時會有 刺鼻的氣味，會引起眼睛及呼吸氣管極度不適。長時間接觸甲醛可誘發過 敏。在這情況下，繼續接觸甲醛亦可導致嚴重的不良反應。換言之，雖然 其危害人類的證據並不充分，但已有足夠證據證明在用作實驗的動物中， 高濃度的甲醛會引致鼻癌。車廂的熱效應導致車內裝潢會釋放過量的甲 醛，甲醛為毒性致癌物質，會引發孕婦流產及兒童血癌。再者，太陽曝曬 後如蒸籠般的車廂，因溫度過高或通風不良，極有可能造成車內人員中暑， 嚴重者將會引發熱衰竭死亡。對於開車族來說，在炎炎夏日開車時，無論 愛車採用傳統冷式氣或恆溫式空調，只要壓縮機運轉就會大幅增加耗油 量，油價又節節高漲使荷包勢必大量失血，這無異於是在火上澆油！所以 能改善汽車車廂悶熱效應的困擾，將是當前重要的課題。 尤有甚者，汽車溫室效應將會讓人或動物因熱射症（又稱日射病，即 高熱昏迷），造成呼吸衰竭而危及生命。2004 年 5 月，台中市曾發生張姓 女童被關在娃娃車內 8 小時，因此致死而震驚全國案；2005 年 9 月，台中 縣清水鎮又發生一件粗心的幼稚園老師，錯將幼童遺忘在車上而遭悶死的 憾事，這是近十年來第三起不幸的事件。除台灣有不幸的事件發生外，根 據美國公路運輸安全管理局(National Highway Traffic Safety Administration,

NHTSA)報案指稱（勞委會，2001），每年有 29 名美國兒童因被留在極悶 熱的車內而死亡。1998 年夏季，11 名兒童把自己鎖閉在汽車車尾的行李箱 中因為過熱而死亡，這一事件導致NHTSA 決定對汽車非碰撞性事故展開研

究。自那時以後，NHTSA 就要求在行李廂上安裝門閂，一旦有人被鎖閉在 內，至少他們可以自行脫困逃生。此外，2005 年橫掃墨西哥灣的麗塔颶風 (Hurricane Rita)侵襲美國時，由於當地氣溫高達攝氏 37℃，醫院擠滿了中暑 的民眾，當時在南部五百多公里沿岸居民，有將近兩百多萬人進行大撤離， 其間傳出有民眾在如蝸牛般的撤離車陣中，因汽車溫室效應而熱衰竭致死 之案例。 從一些數據顯示，汽車悶熱而導致遺憾的情事的發生，其實並沒有隨 著汽車工藝的精進而有所改善，相反的卻是有越來越多的趨向，如圖 2-3 所示。2010 年死亡人數高達 49 人，比起 10 多年前(2000 年)死亡人數還多 14 人，由此可見在科技日新月異之下，並沒有正視以及解決車箱內溫室效 應悶熱的重大問題。如何遏止此種不幸事件再發生，幼稚園隨車老師應痛 定思痛負擔管理責任，其實克服汽車溫室效應才是正本清源之道！ 此外，汽車的溫室效應最容易造成的傷害就是中暑(hyperthermia)，中 暑是指在高溫、潮溼以及熱輻射的長時間作用下，機體體溫出現調節的障 礙，水與電解質代謝紊亂(metabolism disturbance)及神經系統功能損害的症 狀；通常老弱產婦孺等耐熱能力較差者，更易發生中暑。中暑的症狀一般 是全身發熱、乏力、皮膚灼熱、頭暈、噁心、嘔吐、胸悶；有的人會煩躁 不安、脈搏加速、血壓下降；嚴重者可能伴有頭痛劇烈、昏厥、昏迷、痙 攣等。

其實，汽車溫室效應所帶來的困擾還不止這些！就生理而言，正常人 的體溫為 37.5℃，男性生殖器官（陰囊）則略低於正常體溫 2℃(約為 35℃)， 由於自然界將陰囊演化為外露式設計，遠較女性卵巢深藏於體內者，更容 易受到外界環境所影響。人體在面對生殖系統不正常升溫方面，大腦有維 持生殖能力的本能，其自然機制將不待命令而自動提供生殖系統局部降溫 需求，但此情況無法長時間解決升溫問題，再加上正常人體並不會察覺大 腦會自行處理局部降溫，尤其是降溫需要耗費龐大的功率（如冷氣降溫耗 電一般）以至數小時處於悶熱環境中而不自知，但大腦早已疲憊不堪，長 期下來除影響精蟲活動能力及形成不孕外，伴隨而來的則是莫名的疲勞與 倦怠感，這就是高溫對正常男性造成的不良影響。所以常開車的男性同胞， 對於汽車溫室效應更是不得不注意防範。 夏日開車時使用冷氣，對於油耗的影響極為顯著，根據試驗結果顯示， 小客車行駛時使用空調系統與否，會對車輛燃油效率造成高達 20%的影 響，相當於每年需增加 4000 元的燃油費支出。對於開車族來說，在炎炎夏 日開車時，無論愛車採用傳統冷氣或恆溫式空調，只要壓縮機運轉就會大 幅增加耗油量，油價又節節高漲使荷包勢必大量失血，這無異於是在火上 澆油！當然，最好的方式是減少開車，多利用大眾運輸工具如公車、捷運 等，但對於多數的開車族而言，由於交通條件與工作性質的關係，還是不 得不選擇開車。既然如此，如何讓愛車有效發揮空調效益以節省油耗，進

而避免阮囊羞澀，這或許是開車族必修的學分，但如何克服汽車溫室效應 才是值得關注的焦點！ 太陽能一般是指太陽光的輻射能量，目前已廣泛的使用在發電（黃秉 鈞，2008）。時至於今，太陽能源利用作為化解石油危機的功能並未有效 的發揮，反而因化石能源隨人類文明增進而過度開發，導致全球氣候異常 暖化。全球氣候環境異常的變遷，使得包括太陽能之再生能源的開發利用， 再度成為各國認真思考的課題。為迎接綠能時代的來臨，台灣積極投入太 陽能技術之開發與運用，「為地球降溫」是我們身為地球村成員應共同秉 持的理念。

第 2.3 節 傳統解決悶熱效應的方法 車子曝光在炎熱的太陽下不出半小時，車內溫度就能達到 50 至 60℃的 高溫，置身車內就像有把火在車底燃燒一般，熱到令人快要抓狂。在中國 大陸對於解決汽車溫室效應的問題似乎較為熱衷，不過解決方式均如出一 轍的採用車廂玻璃貼膜，主要是因為貼膜材料可以擋住太陽光線，特別是 紅外線、紫外線的輻射，故可有效地控制住密封式車廂所形成的溫室效應， 大大地降低汽車空調的油耗，從而達到節能的效果。車商曾經進行過試驗， 使用的車種為德國大眾汽車公司（臺灣譯為福斯 Volkswagen 汽車，簡稱 VW）的捷達(Jetta)車，車況相同的兩台計程車添加相同標號、相同容量的 汽油，按大致相同的路線及速度行駛 24 小時，結果發現，經過貼膜的計程 車可節省汽油接近 3 公升。 玻璃貼膜或稱防曬隔熱膜，俗稱隔熱紙、太空膜等，其中隔熱紙是最 常見的稱呼。防曬(sun protection)是指能有效阻隔紫外線達 90%以上；隔熱 (insulation)是指對紅外光區的有效阻隔。現今產品運用了很多新技術，例 如：磁控濺鍍(magnetron sputtering)、微米技術、奈米技術、航太科技…等， 紫外線阻隔率提高到 90%~100%左右，紅外線阻隔率提高到 30%~95%左 右，膠的粘性更強，從而達到既降低膜的厚度，又提高了防爆性能的效果。 關於隔熱紙的概念是指隔熱紙本身的外膜，或稱為PET（聚對苯二甲酸乙二 醇酯， polyethylene terephthalate）膜，它能緊緊貼住玻璃碎片，當發生意 外事件或人為破壞而損及擋風玻璃時，玻璃碎片不會脫落飛濺。所以在運

用到汽車行業的同時，它也深受大樓開發商、辦公室租賃商的青睞。另外 一種比較專業的解釋是隔熱紙本身有 13 層的網織超強基材(substrate)，厚度 達到 0.51mm，能承受國際標準 97.1105 磅的撞擊測試。

目前，市面上較為流行的汽車貼膜大多採用 FSK 系列（日本 LINTEC 公司）貼膜、納米太空膜（日本住友公司）及3M（美國 Minnesota Mining and Manufacturing Company）隔熱膜。舉例來說，FSKII888 型貼膜具有防爆效 果，熱量阻隔率為90%、紫外線阻隔率達 99%、可見光的透視率則為 12%。 此外，日本納米太空膜 NM-A3000 型，其膜材共有 7 層，分別濾去陽光中 不同波段的紅外線（陽光中的主要熱源）和紫外線，隔熱率將會高達 93%、 紫外線阻隔率達 100%、透視率高達 78%。實驗證明，在 500 瓦的熱燈照射 下，貼膜材料兩邊的溫差可高達 15℃以上，明顯的溫差將造成汽車空調油 耗明顯的差別。 光源照射在汽車玻璃會造成折射(refraction)及反射(reflection)現象，在 駕駛座視線所及的玻璃反光及眩光，即為內反光(interior reflection)；此外， 光 源 照 射 在 車 外 玻 璃 所 造 成 的 外 觀 反 射 現 象 ， 稱 為 外 反 光(exterior reflection)。由於內、外反光太強均會造成行車視線模糊不清，對行車安全 造成很大的影響，因此採用汽車貼膜將可適度的克服內、外反光的影響。 由於陽光對皮膚的傷害主要即來自紫外線，紫外線依照波長的不同可 分為 UVA（長波紫外線，320~400nm）、UVB（中波紫外線，275~320nm） 與 UVC（短波紫外線，200~275nm）三類。UVA 會破壞真皮組織，致使皮

膚鬆弛、乾燥及老化。UVB 會引起皮膚曬黑、曬傷，甚至嚴重傷害體內細 胞，導致可能罹患皮膚癌。UVC 波長太短，在太空中即被吸收掉，不會到 達地球。除了對人之外，紫外線亦會對車內皮革塑件造成加速老化的影響。 一般的隔熱紙均可達到 98~99%的紫外線阻隔率，輕鬆保護人體皮膚與防止 車室內裝老化龜裂。 汽車貼膜的節油功能除與膜材質量息息相關之外，貼膜的技術工藝也 有很大影響。高精細度、高技術性的貼膜技巧有助於提高膜材的防曬、隔 熱、防暴以及美觀度等各多項功能，亦有利於節油功用的充分發揮。汽車 貼膜自上市以來，先後經歷茶紙、防爆膜、防曬隔熱膜等三個階段。茶紙 屬於第一代產品，俗稱太陽膜，特點為遮光性強，安裝簡單；缺點是不隔 熱、易褪色、易脫膠。防爆膜屬於第二代產品，它是利用新型粘膠及較厚 的膜層提高防爆效果，具有一定的隔熱、防曬性能，隔熱率在 20%至 60% 之間，隔紫外線為 80%左右。防曬隔熱膜屬於第三代產品，相比前兩種汽 車用貼膜，這種貼膜的紫外線阻隔率提高到 90%至 100%，紅外線阻隔率提 高到 30%至 95%左右，貼膜膠的黏性更強，從而降低貼膜的厚度又提高防 爆性能的效果。過去市場上汽車貼膜還在使用傳統的聚對苯二甲酸乙二醇 酯(polyethylene terephthalate, PET)基材時，近年來全新、高科技的基材研發 與未來的全面應用，將會悄悄的改寫汽車隔熱紙的歷史。在汽車隔熱紙使 用普及率已高達 90%以上的今日，全新、高科技基材技術的研發成功，將 可為隔熱紙提供一項革命性的里程碑。

除汽車貼膜外，在中國大陸亦針對解決汽車的溫室效應，成功的開發 汽車隔熱防護罩，產品已獲得中國知識產權局實用新型專利授權（專利號： 03253009.9）。此項專利品係選用隔熱效果顯著的反光環保材料，以整車覆 蓋方面，利用光反射原理而減少汽車表面對光線及熱量的吸收，防止車內 出現溫室效應，從而達到降溫目的。同時，產品的構造合理，操作省時（操 作時間僅為 1 分鐘左右），攜帶方便，具備同類產品不可比擬的優勢。經 由試驗發現，正午時將兩汽車停置於太陽下，使用與未使用隔熱防護罩的 兩汽車之間的車內溫差高達 25℃左右（例如使用的汽車在 38℃，而未使用 的汽車就為 63℃）。據此證明，隔熱防護罩可有效防止車內溫度劇升，從 而減少空調需迅速降溫而耗費的汽油（每次可節省汽油 0.2 升左右），因此 將有助於解決世界的能源危機。 為消除汽車在烈日曝曬之下，溫室效應所造成熱空氣咄咄逼人，台灣 已有「太陽能汽車車廂散熱器」之發明專利，可在車輛熄火停車時無電源 可供的情況之下，利用太陽能或周邊自然光的能量轉變為電能作為動力， 藉以驅動風扇馬達，透過扇葉連續不斷地轉動，而將車箱內的熱空氣驅出 車外，俾以降低車廂內的氣溫，使人剛進車內至少不會覺得異常悶熱。此 種散熱器為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(acrylonitrile butadiene styrene, ABS)塑膠製品，大小約 26cm×3.5cm×13cm，重量則約 215g，設計結構巧妙， 應用空氣對流的物理原理，排出車內相對熱空氣保存相對冷空氣，使冷氣 效果欠佳的車輛提高冷氣效能。

另有一種解決汽車溫室效應的方法，只不過是水及酒精調配而成的汽 車冷卻劑(instant car cooler)。這種水與酒精的溶液，由噴霧罐噴出來後就形 成細小的水滴，小水滴迅速在車內蒸發。而此種冷卻劑的運用原理，就是 當液體蒸發時，它的分子須由附近吸收蒸發熱(heat of vaporization)，因此可 使周圍空氣迅速的降溫。動物利用排汗來維持體溫，在皮膚上用酒精棉花 球塗一下，馬上會有清涼的感覺，都是基於液體蒸發須吸熱的原理。物理 學家曾設計了噴霧罐，並將水及酒精調配好後裝入罐內，如果噴嘴大小適 當，便形成細小的水滴而立刻蒸發。當 1 克的水在 55℃蒸發時，理論將會 吸收2.36 千焦耳(kJ)的熱量，而蒸發 1 克的乙醇(ethanol，C2H5OH 或 C2H5O) 酒精則會吸收 0.85 千焦耳的熱量。市售的汽車冷卻劑含有 10%的酒精、90% 的水及極少量的香料。噴霧罐利用氮氣加壓，而不使用氟氯碳化物（俗稱 氟利昂，Freon），以避免破壞大氣中的臭氧層，這是利用簡單的化學來解 決汽車溫室效應的一個好例子。

第 2.4 節 未來解決悶熱效應的方向 由於溫室效應而使車廂內部處於高溫的狀態下，汽車內部的系統裝置 與裝潢容易「中暑生病」，如何讓愛車能度過一個清爽的豔陽天，不僅關 係著汽車的「健康」，更關係著駕車者和乘車者的安全。所以讓愛車從內 到外「冰涼一夏」，就更顯得迫在眉睫。除了上述的方法，利用遮陽板阻 擋太陽的強光，以便減少陽光之輻射作用，這也是對付汽車溫室效應不無 小補的方法。另外，汽車空調系統定期的保養和維護，乃是確保空調正常 運轉的基礎，亦是解決汽車溫室效應亡羊補牢的方法。其他抵抗汽車溫室 效應的方法五花八門，例如採用車載冰箱、清涼座墊、隔熱車罩…林林總 總實在不勝枚舉，但這些配件的效果總是極其有限，並不符合消除溫室效 應的期待！ 在烈日下長時間停車後，最好避免立即使用空調。正確的方法是要利 用汽車空調的外迴圈（空調從車外進風）迅速降低車內部溫度，然後再打 開內迴圈（車內空氣循環）進入正常的空調使用狀態。具體的做法為先打 開車窗，啟動外迴圈，排出車廂內的熱氣，等車內溫度下降後再關閉車窗， 然後才開始使用空調。其實較佳的做法是在上車之前，先打開全部車窗或 車門將熱氣散出，然後敞著車窗玻璃或打開天窗，經過一段時間將車廂內 的熱氣散逸，當車內溫度降低後再關閉車窗。 在實務方面，對於汽車車廂因陽光造成的悶熱效應，過去大都採用車 罩（或車篷）遮蔽陽光，藉由阻絕紅外線，例如在 2008~2009 年本國公告

的專利：「半圓管式隔熱裝置」（黎小萍，2009）藉由半圓管式隔熱片可 避免汽車與半圓管式隔熱裝置的大面積接觸，因此能大幅降低其間的接觸 性熱傳導；「可快速展開及收合之汽車遮陽罩」（闞茂星、謝曼玲；2009） 利用支架桿之前、後側邊分別伸展，進而展開遮陽蓬布；「具節能之車用 遮陽通風結構」（陳福三郎，2008）可將外界空氣經由通風孔導入車內循 環並排出熱氣，再開啓空調系統時即可達到節能訴求；「汽車防熱裝置」 （紀正平，2008）提供一種平行設置於車體兩側且橫跨車體前後端的裝置， 可展開鋪蓋於車體的上方以阻絕太陽照射；「車用組合式遮陽架結構改良」 （王信發，2008）適合一般汽車使用，拆裝使用方便之創新遮陽架。 在更早於 2006~2007 年本國公告的專利：「車罩與帳蓬兩用裝置結構」 （黃金保，2007）可供張開、收合布面的支撐架組，固定在車頂可作為車 罩與帳蓬使用；「汽車篷套構造」（楊明舜，2007）提供罩體覆蓋於汽車 車體，具備適用各種車型的通用性及易於掀蓋的便利性；「車輛遮蔽裝置」 （許德喜，2006）係可設置於車輛後行李箱蓋之一側邊，藉由拉桿帶出遮 蔽布，並由電動滾筒捲收遮蔽布，達到隔離有害光照射之功效；「汽車用 車罩」（深川義治，2006）提供一種不刮傷車體且能容易覆蓋汽車的車罩， 不需經改造就能夠收納在行李廂內；「汽車遮陽罩」（闞茂星，2006）主 要包括一可收折主體骨架及一撓性布體，能搭設並固定於車頂上，達到汽 車遮陽之功效。

再往前於 2004~2006 年本國公告的專利：「車罩」（黃西明，2005） 可蓋覆於汽車之引擎箱蓋、車頂部及行李箱蓋；「汽車車頂隔熱片」（吳 志雄、吳孟芸、吳杰叡，2005）以隔熱材料所製作之隔熱片，可覆蓋汽車 前視窗、車頂及後視窗，具有將汽車乘坐空間達到迅速、最佳隔熱遮陽效 果的功效；「汽車防曬隔熱裝置」（謝侑潮，2005）係設有捲筒內裝遮陽 物體，可拉出覆蓋至汽車前、後、左、右方以拉力掛鉤固定，藉此形成有 效的防曬隔熱裝置；「汽車車頂上之戶外遮陽篷設備」（楊明舜，2004） 係為裝置在汽車車頂上之自動捲簾設備，可簡易且方便地完成組裝；「汽 車車頂隔熱墊」（林佳憲，2004）係以隔熱材料所製成之車罩，可罩覆在 汽車車頂及四周視窗，使整輛汽車達到全面性的隔熱遮陽效果；「全罩式 可折收汽車遮陽裝置」（蘇民男，2004）係以具反光遮陽斷熱材所製成的 數片遮陽板或布，可罩覆在汽車車頂及四周視窗。 溯及 2003 之前本國公告的專利：「車罩結構改良」（謝基明，2003） 係由PE發泡材料製成的罩片與遮裙，呈整體式包覆於汽車外部，除可供遮 雨、防塵外，又兼具有遮陽、隔熱效果；「活動式汽車車頂遮陽棚」（周 明玉，2003）藉由帆布伸縮機構之馬達、轉軸齒輪及鏈輪傳動裝置之帶動， 滑塊向外滑行並將帆布向外拉出以達遮覆車頂之目的；「汽車遮陽棚之改 良結構」（卓超駿，2003）包含滑軌、螺桿及滑輪之裝置設於汽車之車頂 兩側，可使設於拉線之遮陽棚的撐張或回縮，構成遮陽作用或收摺藏置； 「汽車遮陽棚結構」（卓超駿，2002）裝設於汽車車頂，藉由伸縮桿的伸

縮及捲線器的捲動，使布材得以收合或向外撐張，藉以構成遮陽效果；「充 氣式汽車遮陽器」（林勝傑，2002）包括有數個間隔排列於該遮陽布內面 之充氣墊，處於充氣狀態時，充氣墊與遮陽布之間形成氣流通道，可具有 良好的隔熱效果。 另外有些同樣旨在阻絕陽光的裝置，但僅止於具有部分阻擋陽光的功 效，例如本國公告的專利：「具遮陽效果之車頂架」（甘兆謙，2005）藉 遮陽簾之展開及展固單元定位在汽車上，使車頂架在可供物品放置之同 時，兼具有遮陽之功效；「具防震效果之天窗式遮陽裝置」（林永清，2005a） 為一種具有防震效果的新型簾布拉座式遮陽裝置；「隨拉隨停之天窗式遮 陽裝置」（林永清，2005b）係當簾布之展開端被外拉或被往捲軸方向推送 時，藉由裝置的扭轉件設計，讓簾布和拉繩的收放動作同步進行，藉此達 到隨拉隨停之目的；「汽車遮陽裝置」（張立麒，2005）係於汽車前擋玻 璃先貼設偏光膜(polarizing film)，再設置一活動偏光遮陽板，藉由偏光膜與 遮陽板重疊後，不同光軸偏斜角度於重疊時可達到降低透光率，加強遮陽 效果；「簾布呈弧形展開的遮陽簾」（林永清，2003）係安裝在汽車車頂 上並對應天窗的下方，提供一種簾布呈弧形展開的遮陽簾；「車罩結構」 （林素英，2002）係設置於汽車車頂底端而位於車室中，可針對車頂形成 大面積的隔熱效果。 上述公告的專利大都屬於消極性阻擋陽光的裝備，然而比較具有積極 性的排熱裝備，譬如本國公告的專利：「汽車車頂散熱裝置」（吳淑純，

2004）係利用保溫筒之抽水馬達，將低溫之冷凝水導至車頂板之散熱排， 藉以達到降低溫度之效果。由於解決汽車的悶熱效應問題，主要是透過熱 傳遞(heat transfer)的基本原理，因此除了上述列舉的本國專利外，我們仍可 從一些解決屋內空間悶熱效應的文獻資料，獲得一些較為有效的啟示。例 如Lai(2003)、Lai and Kuo(2005)及Lai(2006)在一系列研究屋頂渦輪通風機 (rooftop turbine ventilator)的期刊論文中，可讓人瞭解到熱對流(thermal convection)效應對於克服屋內悶熱效應的效用，這是值得引以為參考的極佳 典範。 此外，利用微霧懸浮於熱空氣中帶走空氣中的熱氣，使得溫度下降也 是一種很有效率的方法，因為平均每公升的水霧化後，可帶走空氣中 2,430.5kJ 的熱量，相當於 7 公斤冰融化所吸收之熱量。在封閉式汽車空間 中，利用水蒸發吸收潛熱法來降低車內溫度，在理論與技術上均可行，且 在經濟上亦是相當可行的好方法。 我們的研究團隊對於此課題已累積相當豐富的經驗（杜鳳棋、葉雲熒， 2009；杜鳳棋、葉雲熒、王柏中，2009；杜鳳棋、李宗翰、林文修，2009； 杜鳳棋、葉雲熒，2009；杜鳳棋、王柏中；2010；杜鳳棋等人，2010；杜 鳳棋、王柏中、林文修，2010），這些成果絕對有助於改善汽車因太陽光 曝曬所造成的悶熱效應，但我們仍亟而不捨的在精益求精，希望謀求更理 想的改善方式。

第三章 研究方法

第 3.1 節 模型製作與測試 本論文的實務製作（如圖3.1 與圖 3.2 所示）係利用自我提供的電能驅 動風扇，藉由強制對流效應予以強迫排除密閉車廂內的積熱。節制高溫裝 置再配合外型設計與裝設位置，讓高溫空氣藉由自然對流(natural convection) 效果，自然的導流到散熱器的頂罩，將高溫空氣適度的排出車廂外。本論 文同時運用水與酒精調配成瞬間冷卻劑，由噴霧器噴出來後就形成細小的 霧狀水滴，小水滴迅速在車內蒸發。而此種冷卻劑的運用原理，就是當液 體蒸發時，它的分子須由附近吸收蒸發熱，因此可使周圍空氣迅速的降溫。 汽車車廂節制高溫裝置熱傳遞原理，如圖 3.3 所示。 本論文的主要設計理念，就是將熾熱的太陽輻射「荼毒」轉化成有效 的能量，可供散熱器內部風扇與噴霧器使用，達到電力自主的目的。本論 文的主要組成機構包含：太陽能板、機殼、對流熱散逸以及蒸發熱散逸等 系統，如圖 3.4 所示。各單元所包含的元件及裝配位置，如圖 3.5 所示。太 陽能、機殼、對流熱散逸以及蒸發熱散逸等系統的功能，茲說明如後： §3.1.1 太陽能系統 本論文之核心－太陽能系統主要包括：軟式薄膜太陽能板及太陽能控 制器，軟式薄膜太陽能板採用非晶矽薄膜材料，在太陽光照射下便能輕鬆

擁有電力，重量極輕，體積越大效能越高。太陽能板設計覆蓋在曲面的頂 罩上方，故採用可捲曲的軟式電板，使用可防水、抗腐蝕、抗紫外線的材 質製造。此外，本太陽能板另須搭配充電控制器，以便用來保護蓄電池， 避免源自太陽能電池板的能量對蓄電池過度充電，及負載運行造成的過度 放電；控制器具有防逆電流裝置及直流電力輸出。 軟式薄膜太陽能板之操作電壓與電流分別為 15.4V、200mA、太陽能板 之尺寸 325mm 長×270mm 寬×1.1mm 高、光學面積 300mm 長×240mm 寬、 重量為 94.5g。充電控制器之額定充電電流 10A、額定負載電流 10A、工作 電壓 12/24V、充電方式為 PWM 脈寬調制(pulse-width modulation)、最大尺 寸 140mm 長×90mm 寬×28mm 高。在本系統中另搭配電池容置盒與數位電 池容量檢測器，以供電池裝置及電能監測之用；電池容置盒與數位電池容 量檢測器的最大尺寸分別為 62mm 長×38mm 寬×30mm 高、及 84mm 長× 50mm 寬×15mm 高。 §3.1.2 機殼系統 機殼係由上半部分的頂罩與下半部分的底罩構成，主要用以容置所有 的功能性元件。頂罩採用特殊的流線翼形截面設計，對於行車阻力不會造 成嚴重的影響，在雨天也不會有雨水滲漏到車廂之虞；另一方面，流線翼 形截面可使太陽能板的可裝置面積增加，此意味著單位面積可安裝容量的 瓦數可加大。機殼的底罩是安裝風扇與噴霧器的基板；底罩同時包括側面

兩片及後面一片等三片壁面，在壁面具有細長型換氣孔(ventilated slot)，以 供高溫空氣由汽車車廂節制高溫裝置散逸至外界。

機殼之頂罩藉由特定的機翼外形(wing layout)設計（採用 NACA68014 機翼上半部曲線），如圖 3.6 所示。流線的外型設計，使本論文裝配在車頂 上，在行車時具有低風阻的效應；在停車遇雨時，雨水會順勢滑落。機殼 係運用熱傳遞的基本自然對流原理，將密度較小的高溫空氣導入罩體；在 底罩側邊及後方設有通氣槽，可使熱空氣導出車外。 機殼採用棕褐色透明壓克力(acrylic)製成，可阻絕來自外界的紅外線， 對安裝在機殼內部的元件具有阻隔輻射熱的作用。製作機殼的壓克力厚度 5mm、最大尺寸 540mm 長×300mm 寬×108mm 高。流線翼形設計可使舖設 面積增加約 8%，可舖設軟式太陽能板的面積達到 7.776×102m2。 §3.1.3 對流熱散逸系統 對流熱散逸系統主要是仰賴硬體的風扇(fan)與底殼，分別形成強制對 流與自然對流效應，另搭配溫度控制器使溫度達到設定值即啟動風扇，以 達到熱散逸(heat dissipation)的目的。風扇利用軟式薄膜太陽能板所供應的 電力驅動抽風扇，透過風扇的運作將熱氣向外抽取，或反向運作而將冷空 氣往內吹送，再藉由頂罩特殊的設計功能，故可將車廂內積蓄的熱氣向外 排除。

本論文採用二個磁浮馬達之風扇，額定電壓 12VDC、額定速率 2800rpm ±15%、額定功率 1.1W、空氣流率 23CFM、尺寸 70mm 長×70mm 寬×15mm 高。風扇之靜壓(static pressure)與空氣流率(airflow)之關係圖，如圖 3.7 所 示；風扇之樣式則如圖 3.8 所示。 §3.1.4 蒸發熱散逸系統 蒸發熱散逸系統主要的核心元件為噴霧器(atomized sprayer)，另搭配有 溫度控制器(temperature controller)，當實驗箱內的溫度達到設定值時，即會 啟動噴霧器而噴灑冷卻劑，達到迅速降溫的目的。噴霧器係採用定溫控制 的方式，當車廂達到溫度控制器設定溫度值時，噴霧器就會適時將容器內 的冷卻劑適量的噴灑；噴霧器容器內的水與酒精溶劑可自行依比例調整， 並可隨時補充。 溫 度 控 制 器 為 數 位 式(DTA4848) ， 尺 寸 88.8mm 長 × 47.85mm 寬 × 47.85mm 高，樣如圖 3.9 所示。噴霧器可裝置冷卻劑的容量為 500ml，噴出 一次的劑量約 1ml；噴霧器使用 4 顆 3 號電池，總電壓 6VDC、尺寸 175mm 長×140mm 寬×95mm 高。經改裝後的噴霧器，可由溫度控制器完全控制噴 出時機。 圖 3.10 為本論文的電路接線圖，溫度控制器是為了防止汽車室內溫度 過高，當車內溫度達到某設定值時，溫控器會啟動負載散熱，此系統開始 運作，同時驅動風扇及啟動噴霧器。在太陽能電池系統運轉時，太陽能板

將吸收到的熱能轉為電能儲存至電池，當電池電量超過負荷能量，此電壓 控制迴路開始導通。此外，本系列接裝一個負載極微小的防逆蕭基二極體 (Schottky diode)，用以防止蓄電池內的電流逆流回到太陽能板，故可有效的 保護太陽能板。 §3.1.5 實驗測試系統 為驗證汽車車廂節制高溫裝置的預期性能，本論文模型採用的實驗方 法，係以封閉的實驗箱（長600mm×寬 450mm×高 450mm）控制環境狀態， 以便獲得實驗數據的可靠性(reliability)。箱體等分為二個隔離室，其中一個 （隔離室 1）完全模擬在太陽輻射狀況下的汽車車廂，另一個（隔離室 2） 則加裝本論文模型，藉以預估加裝散熱器的預期效果。藉由電源供應器 (power supply)提供鹵素燈(halogen lamp)電能；在二個隔離室各裝設一盞功 率 150W、電壓 110V 之鹵素燈，藉由電源供應器之調節而用以模擬太陽光 的照射狀態。 實驗利用熱電偶(thermocouple)及數位式溫度計(digital thermometer)，用 以擷取環境狀態與實驗模型的溫度。本論文的實驗設備及組裝情形，如圖 3.11 所示；數位式溫度計(TM-946)為記錄型四視窗顯示，溫度計樣式如圖 3.12 所示。

第 3.2 節 實驗步驟 實驗首先將溫度感測器安置在溫度量測點位置上，並與電腦連結準備 記錄實驗數據，然後將節制車箱高溫裝置安裝在實驗箱體上方，並調節室 內空調的外界溫度(ambient temperature)T_a變動量儘可能減低。設定各系統 啟動溫度，接著開啟鹵素燈；當實驗開始啟動後，利用電源供應器開始提 供鹵素燈電能做為加熱源，模擬太陽光照射到汽車使車廂迅速升溫的狀 況。在此同時，電腦開始記錄實驗數據；當實驗箱體內溫度到達系統設定 溫度之後，啟動風扇開始進行強制對流散熱，待隔離室箱體內溫度達到穩 定狀態(steady state)，實驗即可結束。 本論文詳細的實驗步驟，依程序臚列如下： (1) 調節室內之空調，務必使外界溫度穩定後才得以進行以下步驟。 (2) 確認實驗箱及測量儀器均就緒後，開啟實驗箱電源。 (3) 確認測量儀器連接至電腦無誤後，開啟電腦電源和數據記錄軟體。 (4) 設定各系統啟動溫度、電壓、電流（對流熱散逸系統）。 (5) 開啟實驗箱鹵素燈電源，開始加熱；電腦開始記錄。 (6) 加熱到系統啟動溫度時，啟動降溫系統。 (7) 待箱體內溫度保持穩定狀態後，終止擷取數據記錄。 (8) 改變對流熱散逸系統之風扇轉速，重複(4)～(7)。 (9) 變換蒸發熱散逸系統之酒精濃度，重複(4)～(7)。

有關本論文實驗所考慮的參數，在第一部分為對流熱散逸的影響要 素，主要包括風扇裝置形式（抽氣與吹氣）與風扇轉數，所有的對流熱散 逸實驗測試條件彙整，如表 3.1 所列；對流熱散逸之外界溫度測量值，如表 3.2 所列。第二部分為蒸發熱散逸的影響要素，主要包括酒精濃度與噴灑時 間間距，所有的蒸發熱散逸測試條件彙整，如表 3.3 所列；蒸發熱散逸之外 界溫度測量值，如表 3.4 所列。 表3.1 對流熱散逸實驗測試條件

Test No. 電流(I) 電壓(V) 風扇裝置形式

#1 0.25 18.2 抽 2 #2 0.25 18.2 抽1 吹 1 #3 0.25 18.2 吹 2 #4 0.25 18.2 抽 2 #5 0.25 18.2 吹 2 #6 0.23 16.0 抽 2 #7 0.23 16.0 吹 2 #8 0.20 13.7 抽 2 #9 0.20 13.7 吹 2 #10 0.18 12.3 抽 2 #11 0.18 12.3 吹 2 #12 0.15 10.0 抽 2 #13 0.15 10.0 吹 2

表3.2 對流熱散逸之外界溫度測量值 Test No. (#) 平均值 (℃) 最大值 (℃) 變動量 (%) 最小值 (℃) 變動量 (%) #1 16.2 16.9 4.3 15.5 4.3 #2 15.5 16.1 3.9 15.0 3.2 #3 16.0 16.8 5.0 15.7 1.9 #4 16.2 16.9 4.3 15.5 4.3 #5 16.9 17.3 2.4 16.3 3.6 #6 15.5 16.1 3.9 15.0 3.3 #7 15.2 15.7 3.3 14.5 4.6 #8 16.2 17.0 4.9 15.4 4.9 #9 16.1 16.7 5.0 15.6 3.1 #10 16.0 16.5 3.1 15.5 3.1 #11 15.4 15.8 2.6 14.7 4.5 #12 15.5 16.2 4.5 14.9 3.9 #13 16.3 16.8 3.1 15.6 4.3 表3.3 蒸發熱散逸實驗測試條件 Test No. 冷卻劑 噴灑時間間距 (sec) 水含量(%) 酒精含量(%) #14 100 0 10 #15 100 0 20 #16 100 0 30 #17 100 0 60 #18 90 10 60 #19 50 50 60

表3.4 蒸發熱散逸之外界溫度測量值 Test No. (#) 平均值 (℃) 最大值 (℃) 變動量 (%) 最小值 (℃) 變動量 (%) #14 16.62 17.0 2.29 16.0 3.72 #15 16.40 16.9 3.08 15.7 4.24 #16 18.26 18.9 3.49 17.7 3.08 #17 16.72 17.5 4.65 16.0 4.32 #18 16.28 16.8 3.17 15.8 2.97 #19 18.42 19.3 4.77 17.6 4.46

第 3.3 節 節制高溫裝置的熱傳遞原理 §3.3.1 對流熱散逸 包括氣態與液態的流體(fluid)中，高溫區的分子藉由碰撞方式將能量傳 給 低 能 量 分 子 ， 此 一 傳 遞 熱 量 的 方 式 ， 即 為 通 稱 的 熱 對 流(thermal convection)。若流體運動是藉由溫度差(temperature difference)所造成的密 度變化，以所產生的浮力來帶動，稱為自然對流(free convection)；若是藉 由外在的動力驅動流體運動（譬如加裝風扇），讓熱量藉以排除散逸，則 稱為強制對流(forced convection)。 對流傳遞包兩個機構，除了藉由混亂運動(chaotic motion)擴散之外，還 有流體之整體或巨觀(macroscope)的運動－意即在任意瞬間，大量分子同時 移動。在溫度梯度(temperature gradient)存在的情況下，這些運動將會造成 能量的傳遞。根據牛頓冷卻定律(Newton’s law of cooling)可將對流熱通量 (convective heat flux)q"conv表示成

)

T

-T

(

h

=

q

"_{conv s a} (3.1) 其中對流熱通量的單位為；T_s 和 T_a 分別表示加熱表面及外界的溫度、h （W/m2K）為外界空氣的對流係數(convection coefficient)或稱對流熱傳係數 (convective heat-transfer coefficient)，典型的 h 值隨著對流的形態有很大的差 別，如表 3.5 所列。

表 3.5 典型的對流係數 對流形態 _{數值大小(W/m2K)} 自然對流 5~25 氣體強制對流 25~250 液體強制對流 50~20,000 風扇是達成強制對流熱散逸不可或缺的元件，風扇的效能係以單位時 間通過的空氣體積為準，通常採用每分鐘立方呎(cubic feet per minute, CFM) 為單位；有些風扇效能則是使用空氣速率(air speed)為單位。CFM 值顯然要 比空氣速率的測量更具有意義，因為 CFM 值考慮到風扇的尺寸。例如，一 個 120mm¯120mm 風扇的冷卻效果絕對比 50mm¯50mm 風扇要好，甚至 在相同的空氣速率情況下亦然。 §3.3.2 蒸發熱散逸 蒸發熱散逸或稱蒸發冷卻(evaporative cooling)是一種強力又經濟之冷 卻方式，譬如在悶熱天氣沖水會涼爽之感覺，是因為水分蒸發後蒸汽離開 所致；另外將酒精擦在手臂上，同樣會有涼快的感覺，亦為蒸發冷卻的另 一例。蒸發熱散逸的主要原理，是當空氣與水分接觸時，空氣會吸收水分， 吸收水分之程度視空氣中存在之相對濕度(relative humidity)φ 而定。 相對濕度是指氣體中，水氣的分壓除以飽和蒸氣壓的百分比率；意即絕 對濕度(absolute humidity)Ψ與最高濕度Ψ_max之間的比；Ψ與Ψ_max的單位一

般採用g/m3。隨着溫度的增高，空氣中可含的水分就越多，也就是在同樣 多的水蒸氣的情況下，溫度降低則相對濕度就會升高。相對濕度的公式為

%

100

×

P

P

=

%

100

×

ψ

ψ

=

φ

sat v, v max (3.2)

式中 P_v與P_v,sat分別表示蒸汽壓與飽和蒸汽壓(saturation vapor pressure)，單

位通常使用帕斯卡(Pascal, Pa)。當相對濕度愈低，則空氣之載水分容量愈 大，亦即可蒸發的水量愈大；也就是說，相對濕度愈低時，蒸發冷卻系統 愈能降低環境的溫度。 若欲使水分蒸發必須供給熱量，此種物理性質稱為汽化熱(heat of evaporation)L。其定義為：在標準大氣壓(1atm=101.325kPa)狀況下，使質量 m為 1莫耳的物質，在其沸點(boiling point)蒸發所需要的熱量Q，描述方程 式表示為

m

Q

=

L

_(3.3) 汽化熱的常用單位為千焦耳/莫耳(kJ/kmol)或千焦/千克(kJ/kg)。水的汽化熱 為 40.8kJ/kmol，相當於 2260kJ/kg。一般使水在其沸點蒸發所需要的熱量， 相當五倍於等量水從 1℃加熱到 100℃所需要的熱量。通常水的溫度對於冷 卻效果的影響並不顯著，根據資料顯示，將 1 加侖(gallon)、10℃的水灑在 溫度 32℃的地面，可產生 9,000BTU(British Thermal Unit，英熱單位)的冷卻 效果；然而將1 加侖、32℃之水灑在溫度 32℃的地面，將可產生 8,700BTU

的冷卻效果，二者僅有3%之差異。據此可知，在使用水簾式的降溫系統（俗 稱水牆）時，為何循環水並不經過冷卻處理的原因所在。 本論文直接將水蒸發到空氣中形成蒸發冷卻，用以降低實驗箱的空氣 溫度。為達到此目的所使用之方式為噴霧器(atomized sprayer)。使用噴霧器 時，目的在產生小水滴，並在蒸發時將熱量從空氣中去除。欲使蒸發冷卻 系統發揮最大功效，首先儘可能使最大量的空氣與提供之水分接觸。故在 使用噴霧器時，必須要使噴霧器所產生之霧狀顆粒。在未掉落到地面前就 能夠蒸發，因此霧狀顆粒應該愈小愈好。慣用的霧狀顆粒分類，經常以體 積中線直徑(volume median diameter, VMD)為分類標準，如表 3.6 所示（黃 基森，2002）。 表3.6 霧狀顆粒分類 大小(VMD/μm) 分類 <25 煙霧(fog) <50 氣霧(aerosol) 50~100 水霧(mist) 101~250 細霧(fine spray) 霧狀顆粒愈小則水分分化的數量就愈多，相對的與空氣接觸之表面積 將愈大，結果蒸發率就愈高，所能達到之蒸發冷卻效果會愈好。使用噴霧 器時，外界溫度其對於密閉性的要求並不高。基本上有二種方法可以減小 霧粒體積：利用細孔噴嘴或增加水壓（方煒，2011）。最有效之噴霧器的 噴嘴須具有微小之細孔及 60kg/cm2之操作壓力，如此能使霧狀顆粒懸浮於

空氣中，且懸浮時間會加長。此種噴霧器產生之霧狀顆粒直徑平均值約 10 微米(μm, 0.01mm)，由於體積極小（為一般人頭髮直徑的 1/10），因此顆粒 的重量輕，可以像霧般均勻的擴散飄浮，即使當相對濕度較高時也能完全 被蒸發，充份的發揮蒸發熱散逸之效能。除了使用上述的高壓噴嘴方式外， 旋轉離心方式亦可產生微小霧粒，通常形成霧粒的大小約為43 微米；在一 般的天候狀況下，約半公尺的距離即可完全的蒸發。

第 3.4 節 節制高溫裝置創新性與創意性 太陽光穿透汽車車廂的玻璃，造成車廂内熱量受限於玻璃不易散失， 導致溫度上升。此外，現代化汽車車體大量的採用高強度鋼板，也由於金 屬的導熱性極佳，使得太陽的熱能快速的經由車體進入車內，加劇車廂的 熱效應更為顯著。 太陽能是外來到達地球最多的能源，將近全世界使用能源的二萬倍， 雖然其能量密度低，且受日夜、季節及氣候之影響，但其不帶來任何污染， 分佈廣闊，供應源源不絕，可說是世界上最豐富、最理想的能源。本論文 之汽車車廂節制高溫裝置係設計裝置在汽車車頂天窗開口，彈性的機構設 計可適用於各款具有天窗之汽車。散熱器利用太陽能轉換成電能，具備自 我供應電力的優勢，符合節能的創新思維；本論文充分的運用熱傳遞基本 原理，將太陽輻射所造成的汽車車廂內積熱有效的散逸，滿足環保的創意 構思。 本論文透過自我提供的電能驅動風扇，藉由強制對流(forced convection) 效應，將密閉車廂內的積熱有效的強迫排除；配合外型設計與裝設位置， 讓高溫空氣藉由自然對流(natural convection)效果，自然的導流到散熱器的 頂罩，將高溫空氣適度的排出。此外，本論文運用水與酒精調配成瞬間冷 卻劑(instant cooler)。這種水與酒精的溶液，由噴霧罐噴出來後就形成細小 的水滴，小水滴迅速在車內蒸發。而此種冷卻劑的運用原理，就是當液體

蒸發時，它的分子須由附近吸收蒸發熱(heat of vaporization)，因此可使周圍 空氣迅速的降溫。

汽車車廂節制高溫裝置充分的發揮「少即是多」(less is more)的設計理 念，因此論文製作的「汽車車廂節制高溫裝置」，呈現出形式簡單、高度 實用的創新產品，已完成的實體照片如圖 3.13～圖 3.18 所示；本論文製作 的絕對不只是一部電扇(more than a fan)，由於能有效的排除汽車車廂內蓄 積的熱量，亦能有效的讓汽車車廂不致於過熱，完成後的節制高溫裝置經 由測試，在控溫器設定不同的溫度狀態下，僅啟動風扇即可使車廂產生驚 人的降溫效果。除此之外，實驗測試系統之的實驗箱可穩定的控制環境狀 態以獲得可靠的實驗數據，實驗箱的實體照片如圖 3.19 及圖 3.20 所示。

第四章 結果與討論

第 4.1 節 強制對流熱散逸之效用 在本論文的實驗中，我們將先針對對流熱散逸的成效進行測試分析， 由於（強制）對流熱散逸的主要驅動機構為二個風扇，因而先考慮風扇裝 置形式（抽氣與吹氣）進行測試分析，其次再進行風扇在不同功率（轉速） 運作狀況的測試分析。 在圖 4.1 顯示三組實驗數據，分別為二個風扇均為抽氣（實驗測試編號 #1）、一個風扇抽氣一個風扇吹氣（#2）及二個風扇均為吹氣（#3）；風 扇均在電流 0.25A、電壓 18.2V 狀態下運轉；風扇運轉的設定溫度為 60℃。 從圖中的曲線變化情況可明顯的看出，由於環境溫度有所差異，所以三組 實驗的模擬車廂溫度分別在 1770sec、1470sec 及 1560sec 時刻達到 60℃。 當實驗箱的溫度一旦達到設定溫度後，風扇便同時啟動而發揮強制對流的 效應，三組實驗的實驗箱溫度均呈現劇降的情形，當溫度降到一定程度後 將就會緩和續降並達到穩定狀態(steady state)。倘若以量化數據檢視達到穩 定狀態的時間，在此定義相對溫度差值(relative temperature difference)θ_r如 下

100%

×

T

T

-T

=

θ

t t Δ -t t r (4.1)

式中T_t與T_t-Δt代表二個相近時間間距的實驗箱測量溫度值；本論文定義 θ_r ≦1%即為穩定狀態。 再從圖 4.1 的數據顯示，圖中的三條曲線（#1、#2 及#3）在風扇開始 啟動之後，實驗箱溫度呈現急劇降溫的情形，然而分別歷經 450sec、180sec 及 240sec 之後，溫度振盪變化幅度已逐漸減小到 θ_r≦1%的穩定狀態；在此 同時，實驗箱溫度分別降低至 36℃、50℃及 39.1℃。

緊接著讓我們透過強制對流形成的相對溫降(relative temperature drop) θ_d，用以分析風扇裝置形式的功效，結果如圖 4.2 所示，其中橫座標為風扇 開始運轉之後的計秒時間 t_o；縱座標則為相對溫降，定義如下：

100%

×

T

T

Δ

=

θ

o d (4.2) 式中 ΔT 表示設定溫度 T_o與實驗箱的溫差(temperature difference)；相對溫 降 θ_d的單位為%。 從圖 4.2 可清楚的看出，在風扇開始運作 60sec 之後，三組實驗的相對 溫降分別為 24.7%、15.8%及 29.5%。據此得知，採用風扇進行強制對流而 降低實驗箱內的溫度，效果依序為吹氣（#3）、抽氣（#1）、吹抽氣（#2）， 其中吹抽氣（#2）的溫降效果遠低於前二種風扇安裝形式。若再繼續進行 實驗測試，顯然實驗箱內的溫度仍會持續的降低，當風扇運作到 120sec 之 後，三組實驗的相對溫降又分別達到 30.0%、17.3%及 32.3%。由此觀之，

實驗箱內的溫降效果已不再有前 60sec 之劇降情形；在此期間，抽氣（#1） 與吹氣（#3）的溫降差距效果已縮小，然而吹抽氣（#2）的溫降效果卻更 低於前二種風扇安裝形式。當風扇運作到 240sec 左右，我們發現抽氣（#1） 的溫降效果（ΔT/T_o=35.5%）已超越吹氣（#3；ΔT/T_o=35.3%）；在此時刻 之後，雖然二種風扇安裝形式（#1 及#3）的溫降幅度已趨和緩，甚至達到 穩定狀態，但抽氣（#1）的溫降效果仍微幅大於吹氣（#3）。

依據理想氣體定律(ideal gas law)（杜鳳棋、王鴻烈，2010）得知，氣體 溫度 T 的改變直接引起壓力(pressure)P 和密度(density)ρ 的變化，可採用理 想氣體的狀態方程式(equation of state)描述如下 RT ρ = P (4.3)

式中 P 為絕對壓力(absolute pressure)，R 為氣體常數(gas constant)，標準狀 況下的空氣氣體常數為 286.9J/kg.K。 由於在密閉空間內的溫度上升，使得內部空氣的密度減少、壓力增加。 在我們的實驗分析例中，剛開始模擬汽車車廂升溫的實驗箱溫度劇升，致 使內部空氣急速加溫，因此採用二個風扇抽氣（#1），恰可順勢將膨脹的 空氣抽出，達到溫降的效果；在此例中，當風扇將內部熱量持續排出與加 熱源產生的熱量逐漸達到平衡時，實驗箱溫度將達到穩定、緩慢的變化。 在風扇安裝形式使用一抽一吹（#2）的狀況下，由於相鄰二個風扇的裝置 距離過近，且都裝設在位於實驗箱上方同一高度處，使得從外界吹入實驗

的冷空氣，在剛進入箱內後又被相鄰的另一個風扇抽出，因此排除熱量的 功能大為削弱，因此溫度降低效果並不顯著。在二個風扇均為吹氣（#3） 的狀況下，剛開始將外界空氣吹入箱內，的確使溫度降低的效果最為迅速， 畢竟實驗箱內的最高溫度（相當於 T_o=60℃）與外界溫度 T_a（T_a,avg=15.9 ℃）相差最高達到 3.77 倍！ 透過風扇帶動空氣流動而形成的強制對流，對於實驗箱內的熱散逸將 具有相當顯著的效果，其中風扇轉速將是攸關強制對流良窳的重要因素。 針對此一議題，首先進行三組實驗（實驗測試編號#4、#8 及#12）的分析， 運作電流與電壓分別為 0.25A¯18.2V、0.20A¯13.7V 及 0.15A¯10.0V，風 扇啟動運轉的設定溫度為 60℃，三組實驗均為抽氣形態。從圖 4.3 的三條 曲線可看出，三組實驗均有相同的熱散逸趨勢，然而實驗#4 的降溫效果明 顯的比其他二種運作情況更為凸出。 再從圖 4.4 可進一步的觀察在風扇啟動之後的降溫情形，其中橫座標為 風扇開始運轉之後的計秒時間t_o；縱座標則為相對溫降很明顯的在前300sec 的時段中，降溫隨著風扇的轉速成正比；當t_o=300sec 時，三組實驗的相對 溫降分別為 36.8%、29.6%及 22.3%，具有等差值為 7.2%左右。據此確認， 降溫效果隨著風扇轉速增加會有極為顯著的增大。 接著將探討風扇在不同轉速（負載）情況下，對於降低實驗箱內溫度 的效果，二組實驗（實驗測試編號#6、#10）均為抽氣運作，實驗操作之電 流與電壓分別為 0.23A¯16V 及 0.18A¯12.3V；風扇啟動運轉的設定溫度為

60℃。倘若合併考慮外界溫度 T_a的影響，故縱座標採用相對於外界溫度之 表示法 T/T_a，結果繪示如圖4.5。由圖中的曲線分布可看出二組實驗的趨勢 相同，量化數值的差異相當小，例如當風扇開始運作300sec 時（t_o=300sec）， 相對溫度 T/T_a之值分別降低30.6%與 26.1%；當 t_o=600sec 時，則分別降低 35.9%與 34.4%，差距幅度雖逐漸縮小，但在持續的風扇運轉期間，實驗#6 的熱散逸效果仍較實驗#10 為佳，此足以再次證明降溫效果與風扇轉速成正 比的關係。 當風扇改變成吹氣形態，再進一步分析風扇在不同轉速（負載）情況 下，對於降低實驗箱內溫度的效果。針對吹氣形態的熱散逸，我們進行三 組實驗（實驗測試編號#5、#9 及#13）的分析，運作電流與電壓分別為 0.25A¯18.2V、0.20A¯13.7V 及 0.15A¯10.0V，風扇啟動運轉的設定溫度 為 60℃。經由實驗獲得的結果如圖 4.6 所示，從圖中三組實驗所描繪的曲 線亦可看出，吹氣與抽氣形態的降溫趨勢完全相似，而且再同樣具有降溫 效果與風扇轉速成正比的關係。 從圖 4.7 可再觀察到，由於原先實驗箱內的熱空氣膨脹，因而經自然對 流從節制高溫裝置排除熱量。當風扇開始啟動吹氣後，溫度較低的空氣由 外界逆向吹入實驗箱，在前 30sec 反而是風扇運轉速度較慢，相對溫降 θ_d 的效果較佳；在風扇開始運轉之後的計秒時間 t_o=60sec 左右，相對溫降 θ_d 已呈現穩定和緩的狀態。當時間 t_o=120sec，三組實驗的相對溫降 θ_d分別為 31.2%、27.0%及 26.2%，顯然降溫效果與風扇轉速成存在正比關連性；直

到時間 t_o=300sec，相對溫降 θ_d分別為34.6%、30.7%及 29.5%。據此得知， 降溫效果隨著風扇轉速增加會有極為顯著的增大。 圖 4.8 為實驗測試編號#7 與#11 之風扇吹氣轉數的影響評估，其中縱座 標採用相對於外界溫度之表示法 T/T_a。從圖中的曲線分布可看出，二組實 驗的分布情形亦相同，根據量化數值的結果顯示，二組數據值的差異相當 小；當風扇開始運作 300sec 時（t_o=300sec），實驗#7 與#11 之相對溫度 T/T_a 之值分別降低 42.4%與 44%；當 t_o=600sec 時，則分別降低 43.7%與 46.9%， 差距幅度仍持續再增加；即使風扇持續運作至 1200sec 時，T/T_a之值分別降 低 46.9%與 50.2%。由此可見，風扇吹氣運轉的效果沒有與抽氣運轉並不完 全相同，也就是降溫效果與風扇轉速並不存在正比的關係。 進一步透過熱傳遞的基本原理探究上述原因發現，在密閉的實驗箱 中，由於鄰近車頂部的空氣溫度將高於底部溫度，因此在車廂內的空氣密 度在重力方向呈遞增的趨勢。在此狀況下，由於頂部較疏的空氣重力小於 底部較密的空氣重力，故車廂內的空氣會呈現穩定狀態(stable state)，不會 有容積流體移動(bulk fluid motion)的現象。在上述的描述狀況下，縱使風扇 吹氣轉速較大，仍無助於將車廂內原有高溫之積熱散逸掉。

第 4.2 節 自然對流與蒸發熱散逸之效用 在第二部分的實驗中，我們將針對不同的冷卻劑成分與噴霧時間間距 的狀況下，探討蒸發熱散逸對於降低車廂溫度的效用，有關蒸發熱散逸實 驗測試條件，如表 3.3 所列。在此同時，我們也將探討透過「汽車車廂節制 高溫裝置」的造型設計，同時用以探討自然對流熱傳遞原理而對減低車廂 溫度的效用。 在第二部分的實驗中，熱電偶 T1 安裝在實驗箱的隔離室 1，用以測量 在完全封閉狀態下的實驗箱內溫度 T₁。另外熱電偶T2 安裝在實驗箱的隔離 室 2，用以測量在設有「汽車車廂節制高溫裝置」情況下的實驗箱內溫度 T₂。在實驗的進行過程中，當模擬車廂之隔離室 2 的實驗箱內溫度達到設 定值（T_o=60℃）時，隔離室 1 的加熱源將會切斷供電，以防止溫度持續上 升而損毀實驗設備；隔離室 2 的噴霧器將直接噴灑出冷卻劑。 首先，我們所要關心的是噴灑出冷卻劑時間間距（Δt）的影響性，如 表 3.3 所列，實驗之冷卻劑採用 100%的純水，時間間距則選取 10sec（#14）、 20sec（#15）、30sec（#16）及 60sec（#17）等四種狀況；經由實驗測量所 得到的結果，分別如圖 4.9~圖 4.12 所示。從上述的四個圖清楚可見，所有 的曲線分佈趨勢都相當一致，其中上方曲線為完全封閉狀態下的實驗箱內 溫度 T₁，下方曲線則為設有「汽車車廂節制高溫裝置」情況下的實驗箱內 溫度 T₂；溫度 T₁與 T₂會出現明顯的差異，主要是設有「汽車車廂節制高 溫裝置」的狀況下會存在自然對流效應，使得實驗箱的隔離室 2 會產生熱