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

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1 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

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

3 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

4 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)

5 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

6 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.

7 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

8 Hourly 2D plot 指定的 濕度範圍 指定的 溫度範圍

9 輸出結果彙整：台灣的溫度範圍上下限

10 輸出結果彙整：台灣地區的濕度範圍

11 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 %

12 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

13 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

14 TaiWeather 的其他功能與應用

15 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

16 Hourly 3D plot

17 Monthly T&RH T 月平均 晝平均 夜平均 月最高 月最低 RH

18 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

19 Monthly T&RH (cont..) 晝間月平均 T&RH 月平均 T&RH 夜間月平均 T&RH

20 應用 蝴蝶蘭的合適日溫範圍

21 應用 蝴蝶蘭的合適夜溫範圍

22 月平均總輻射：遮蔭系統設計依據

23 日照時數：光週期處理設計依據

24 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

25 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

26 WBD (wet bulb depression)
濕球降

27 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) ℃

28 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。

29 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

30 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。

31 謝謝聆聽 敬請指正