2003資訊在農業應用研討會 台灣地區溫溼度與輻射相關 決策支援系統之建立 2003資訊在農業應用研討會 台灣地區溫溼度與輻射相關 決策支援系統之建立 方煒 台大生機系 2003/12/1~2
傳統農業 vs. 設施農業 傳統農業 設施/環控農業 靠天吃飯 颱風,暴雨資訊 逆來順受 災後重建 去除靠天吃飯 應用局部地區氣象資訊(各農業氣象站) 規劃,設計,調節
建築空調負荷計算 室外溫度 夏季/冬季設計溫度(design temperature) 每月度日數 (monthly degree day) = (每日平均華氏溫度 - 65 oF) 之每月累計值 Weather Bin data (預設溫度區間之小時數) -30 ~ -20 oC 12小時 10 ~ 20 oC 3450小時 -20 ~ -10 62小時 20 ~ 30 2310小時 -10 ~ 0 84小時 30 ~ 40 1642小時 0 ~ 10 1200小時 總計 8760小時
設施加熱/冷卻負荷計算 室外溫度 資料庫搜尋:任意溫度,溼度區間 (This study) 夏季/冬季設計溫度(design temperature) 每月度日數 (monthly degree day) Weather Bin data (預設溫度區間之小時數) 累積機率分布 (任意溫度區間) (方,1994) 資料庫搜尋:任意溫度,溼度區間 (This study)
氣象局測站資料庫 逐時資料:8760 筆/年/項x 12~14 年 以北、中、南合計10個測站的資料為例 項目 乾球溫度 (14 yrs) 其他 濕球溫度,露點溫度, 蒸氣壓,等
使用MATLAB程式語言 MATrix LABoratory (Mathworks, USA) 電機/資訊/機電領域通用 農機/生機領域 Takakura and Fang (2002) : Climate under cover -- dynamic simulations of bio-engineering systems using MATLAB. Kluwer Academic Publisher. Cundiff and Mankin (2003):Dynamics of biological systems. ASAE.
執行方式: 選擇地點:10 選 1 TaiWeather 軟體 設定任意溫度範圍 設定任意溼度範圍 選取機率分布圖示 看計算結果
Hourly 2D plot 指定的 濕度範圍 指定的 溫度範圍
輸出結果彙整:台灣的溫度範圍上下限
輸出結果彙整:台灣地區的濕度範圍
台灣平地地區的溫溼度範圍 乾球溫度:10 – 39 度C 相對溼度:50 – 100 %
輸出結果彙整:台灣地區的溫溼度機率分布 高溫與高濕 不同時存在
應用 風扇 控制策略 動作 Stage 1 Stage 2 Stage 3 > 25+1℃ > 28+1℃ > 30+1℃ 啟動2台 啟動4台 啟動8台 年使用時數 馬力數 0.5 hp x 2 0.5 hp x 2+ 1 hp x 2 1 hp x 6 年操作電費
TaiWeather 的其他功能與應用
Hourly 2D Plot 之應用 環控系統有效性之量化評估指標 最適生長區累計機率 可調環境區累計機率
Hourly 3D plot
Monthly T&RH T 月平均 晝平均 夜平均 月最高 月最低 RH
應用:能源成本過高,則該地區便不適合該種作物 白天需要降溫的月份 系統容量設計依據 操作成本計算依據 夜間需要加溫的月份 系統容量設計依據 操作成本計算依據 夜間需要加溫的月份 系統容量設計依據 操作成本計算依據
Monthly T&RH (cont..) 晝間月平均 T&RH 月平均 T&RH 夜間月平均 T&RH
應用 蝴蝶蘭的合適日溫範圍
應用 蝴蝶蘭的合適夜溫範圍
月平均總輻射:遮蔭系統設計依據
日照時數:光週期處理設計依據
最熱的一日 Absolute hottest hr Highest daily avg. 日期 乾球溫度 相對溼度 濕球溫度
應用 使用此最熱一日之逐時數據, 建立模式(simulation) 檢驗設計的環控系統之效能。 室外乾球溫度 室外露點溫度 室外濕球溫度 室內乾球溫度 室外露點溫度 室外濕球溫度
WBD (wet bulb depression) 濕球降
降溫度數(ΔT) = 濕球降(WBD) x 系統效率 花蓮地區蒸發冷卻系統降溫度數 降溫度數(ΔT) = 濕球降(WBD) x 系統效率 = (0 ~ 8) x 0.8 = (0 ~ 6.4) ℃
結論 1 本研究建立農業氣象資訊中針對溫溼度與日照資訊之資料倉儲方法, 在系統設計上比傳統方法更具使用彈性,也更精確,有廣泛應用範圍,不侷限於農業界。
結論2 建立的軟體在設施/環控農業領域可有廣泛應用 日夜間平均溫度資訊+作物需求 日夜間極限溫度可協助判斷系統設計需求 可協助判斷能源需求 判斷某一地區是否適合栽種某一作物 栽種某一作物,那些月份需要加熱/冷卻 日夜間極限溫度可協助判斷系統設計需求 逐時溫溼度資訊可協助計算加熱/降溫系統之操作成本 逐時溫溼度資訊可協助建立適合當地的控制策略 日照時數與輻射能資訊+作物需求可協助判斷遮蔭需求與光週期調節系統設計 WBD資訊可協助判斷各地區使用蒸發冷卻系統之操作極限與效能
結論3 台灣平地地區 溫度範圍在10 – 39 oC (99%機率) 溼度範圍在50 – 100 % (98%機率) 濕球降最多 10 oC 高溫(>30)且高溼(>80)幾乎不存在 (<0.5%) 蒸發冷卻系統在台灣還有很大的應用空間 蒸發冷卻系統降溫幅度一般在5 oC以內。
謝謝聆聽 敬請指正