四、濕空氣熱力特性之應用
(一)間接加熱與除濕
空氣之濕度愈高,其內含之水蒸氣量也愈多,濕度比為空氣中之水蒸氣含量,間接加熱之後,空氣之濕度比不變,但由於較熱的空氣中較能 存放 水蒸氣,所以在間接加熱之後,相對濕度值下降。
除濕之結果,空氣之乾球溫度不變,濕度比與絕對濕度下降,相對濕度亦隨之下降。
(二)水牆效率與離開水牆之空氣溫度
水牆是一種利用蒸發冷卻原理達降溫目的的設施,空氣通過有層水膜的水牆,水膜蒸發形成水蒸氣由空氣帶走,但蒸發所需的熱全部由空氣提供,所以空氣流經水牆可有降溫的效果。空氣經過水牆之溫度降與離開水牆之空氣溫度可使用以下兩公式計算。
空氣經過水牆之溫度降=水牆效率×濕球降
離開水牆之空氣溫度=空氣溫度-水牆效率×濕球降
濕球降之定義為乾、濕球溫度差,假設外界空氣之乾球溫度為40℃,相對濕度為50 ,經查濕氣圖可知濕球溫度約為30℃,所以濕球降之值為10 ℃;又,假設水牆效率為80%,則
空氣經過水牆之溫度降
= 0.8 ×
10 = 8 ℃
離開水牆之空氣溫度= 40 - 0.8×10 = 32 ℃
(三)露點溫度與濕度比
空氣經間接冷卻,其乾球溫度降至開始有冷凝現象發生之溫度值稱為露點溫度。濕氣圖上任意水平線上之所有點有相同的露點溫度與濕度比。又,濕度比與濕空氣之蒸氣壓直接相關。
(四)蒸氣壓差
蒸氣壓差的定義一般可分成兩類,包括空氣的蒸氣壓差與葉片與空氣間的蒸氣壓差。前者又有兩種計算公式,合計三種,簡介如下:
空氣的蒸氣壓差
= 濕球溫度之蒸氣壓
- 乾球溫度之蒸氣壓
VPD' = Psat(Twb) - Pv(Tdb)
空氣的蒸氣壓差=乾球溫度之飽和蒸氣壓-乾球溫度之蒸氣壓
VPD = Psat(Tdb) - Pv(Tdb)
葉片與空氣的蒸氣壓差=葉片氣孔內蒸氣壓-乾球溫度之蒸氣壓
FAVPD = Psat(Tlf) - Pv(Tdb)
其中:FAVPD: Foliage-Air-Vapor-Pressure-Deficit,Tlf: 葉溫
(五)植物體水逆境指標(CWSI)
圖6-2.CWSI示意圖
其中:FATD (Foliage-Air-Temperature-Difference): 葉溫-空氣溫度,℃
CWSI (Crop Water Stress Index)
FAVPD (Foliage-Air-Vapor-Pressure-Deficit)
(六)人體不舒適指數(DI)
人體不舒適指數
= 0.99 ×Tdb + 0.36 ×Tdb + 41.5
摘自ASHRAE fundamentals
其中,Tdb為乾球溫度,Tdb
為露點溫度
人體不舒適指數=70, 10% 的人會有不舒適的感覺
人體不舒適指數=75, 50% 的人會有不舒適的感覺
人體不舒適指數≧80,所有人都會有不舒適的感覺
(七)溫濕度指標(THI)
溫濕度指標(THI)=Tdb + 0.36 * Tdp + 41.2
摘自ASAE standards,1988
其中,Tdb為乾球溫度,Tdp為露點溫度
註:溫濕度指標(THI)與人體不舒適指數(DI)之計算公式極為類似,其計算結果也幾乎相同。
五、本省溫濕度氣象條件
自民國75 年起,在農委會經費補助下,中央氣象局與農林廳合作建立台灣農業氣象觀測網,逐年在各試驗場所建立自動觀測一級或二級站,
由各測站定期將氣象資料傳給中央氣象局彙總。由近十一年來的氣象資料可得知本省平地地區的全年溫濕度狀況大致如下:
乾球溫度範圍在5 至40 ℃
相對濕度範圍在50 至100 %
濕球溫度範圍在5 至30 ℃
乾濕球溫差(濕球降)範圍在0 至10 ℃
合乎上述範圍的分佈機率值列於表6-2。本表係使用方(1994) 所發展之微電腦軟體(Wea_Prob) 計算求得數據。該軟體可自動擷取得自氣象局之溫、濕度逐時資料檔,做,得出各地區之乾、濕球溫度與濕度之機率分佈率分佈公式,所有資料均可採繪圖方式顯示。
表6-2 本省各主要地區溫、濕度分佈機率表Ⅰ
氣象局
乾球溫度
濕球溫度
相對濕度
濕球降
測站
5~ 40℃
5~ 30℃
50~100%
0~10℃
台北
花蓮
宜蘭
台南
高雄
嘉義
台中
台東
梧棲
阿里山
99.67 %
100.0 %
100.0 %
100.0 %
100.0 %
100.0 %
100.0 %
100.0 %
100.0 %
86.87 %
99.88 %
99.99 %
99.96 %
99.95 %
99.99 %
99.67 %
99.83 %
99.00 %
99.96 %
76.58 %
96.92 %
99.30 %
99.88 %
98.78 %
99.17 %
98.76 %
96.42 %
98.85 %
98.81 %
95.40 %
99.87 %
99.99 %
100.0 %
99.99 %
99.99 %
99.97 %
99.95 %
99.93 %
99.99 %
92.85 %
軟體中目前包括本省十個地區十一年來的逐時資料。表6-3、6-4與6-5即為該軟體之計算與搜尋的結果。吾人可由上列表格得出以下分析結果(僅以台南地區做說明):
(1)、 大氣之乾球溫度超過 25、 27 與 30 ℃之機率分別為39.63%, 25.18% 與 7.97%,此些值分別代表一年中的 3471 小時(約 145 天), 2206 小時(約 92 天)與 700 小時(約 29 天)。若溫室或其它農舍之遮蔭與通風效果良好,則僅靠自然或強制通風方式便可維持室內空氣溫度與大氣溫度相差不大,則一年中需要使用水牆或其它蒸發冷卻方式來降溫之時機最多只有一個月;反之,若遮蔭不良且通風效果不佳,熱緊迫極容易造成,需要使用水牆或其它蒸發冷卻方式來降溫的時機增加,可能長達 3 個月或更多。 此處所謂 1或 3 個月,並非指一年中的某一個月或某三個月, 而是指該系統實際操作時間的累計。