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教室降溫好環保-通風扇裝設對體感溫度降溫效果之探討

發表日期:2022-08-22
發表人:阿興

節能減碳
  • 環境議題:節能減碳
  • 執行方法:專題研究
  • 教育階段:國民小學
  • 學習議題:永續發展
  • 議題實質內涵:E29 覺知人類發展〈經濟發展與工業發展〉對環境的衝擊
  • 策劃/執行人:陳建興 邱玉彤
  • 動機:
  • 目標範圍:全校性
  • 難易度:困難
  • 實施期間:2020年9月~2022年3月
  • 參與人數:10

目標:

夏天了,真是熱啊!才5月中旬教室熱到讓每位個人都不停擦汗,簡直都快熱暈了。教室裡的吊扇風速就算開到最大,還是無法降低教室的溫度,教室側面裝了2台通風扇一點作用也沒有。看看其他教室為何不像我們教室熱到很不舒服?是教室裡的學生人數太多的關係?天氣的因素?裝了通風扇為何沒有降溫與通風效果,難道通風扇裝錯位置、裝錯方向、數量不足、還是有其他原因?我們仔細觀察發現教室位置前面有大樓阻擋,後面有山坡,造成教室外部通風不良,也發現通風扇只裝在一側,沒有前後裝設,這可能也是造成教室對流不良原因,另外通風扇裝在窗戶中間位置,是否也是造成教室裡的溫度較高的原因。
    近年來天氣一年比一年熱,每年的5、6、9、10月教室溫度30多度,這種炎熱學習環境,降低我們學習意願與效果,但裝設冷氣所需費用龐大,後續的電費與維修又是問題,也必需考慮節能減碳、環保議題、學生健康因素。因為學校位處於郊區,沒有像市區學校炎熱,所我們想若能在教室兩側裝設通風扇,利用強制對流方式,來降低教室裡的溫度與濕度,讓教室內溫度較舒適,既可以省下可觀的電費,也不會因吹冷氣讓空氣過於乾燥,教室吹冷氣要密閉門窗,空氣無法對流也造成二氧化碳濃度升高,出入教室的溫差太大也會影響健康。自然課中,我們學到有關於熱的傳播方式對流、傳導、輻射,也學到天氣的變化與空氣的對流現象有關,可以應用在本次的研究上,以裝設通風扇對體感溫度的影響,作為研究的主題。
二、研究目的
(一)研究教室熱源的來源。
(二)研究提升通風扇降溫效果。
(三)研究通風扇不同裝設方式對教室降溫效果。
(四)研究教室內部熱源強度對於通風扇教室降溫效果的影響
(五)研究外部因子對於通風裝設對教室降溫影響。
(六)提供學校在教室裝設通風扇與冷氣的參考。

進行方式:

一、依據相關的研究發現,改善教室通風,讓空氣對流快速,增加散熱速率,降低教室濕度、溫度、體感溫度。我們想在教室前後兩側裝設通風扇的方式,強制空氣流動加快空氣的對流速率,降低教室溫度、濕度、降低體感溫度的做法,作為研究的主題。
二、製作教室模型屋進行研究
(一)依據本校教室8分之1比例縮小製作,模型教室高度45cm、寬度90cm。窗戶儘量依據學校現有的窗戶比例縮小製作。(二)在教室模型左右兩側窗戶,各裝設2個寬度12cm小電扇(電壓 3.5~12V),利用電壓高低控制出口風速0~3.0m /s。(三)教室中央放置電磁爐,上方放置直徑19cm鐵盆,深度9cm小鍋子,鍋內加水1800mL,利用電磁爐加熱,產生熱源與蒸氣,模擬教室
熱源與學生身體散發的水蒸氣。(四)模型教室內部放置小電扇,模擬教室內的電扇。(五)在教室模型屋內部的上部、中部、下部設置電子溫度計在教室模型內外放置 溫度計與濕度計各1個,共計溫度計5個,濕度計2個。
三、研究項目
(一)通風扇裝設與自然對流對模型教室內溫度變化的差異(二)通風扇裝設不同高度對於教室排熱響(三)持續加熱對教室溫度變化(四)通風扇裝設高低不對稱位置對於教室溫度變化(五)通風扇風速大小對於教室降溫變化         (六)門窗開啟與關閉對教室溫度的影響(七)研究教室單面裝設通風扇對教室溫度的影響(八)通風扇進風方向與壓力差對於教室降溫(九)通風扇對不同強度熱源的降溫效(十)外部風向逆風、順風、無風對於教室降溫的影響(十一)內部加裝對流扇位置對於教室降溫效果(十二)利用煙霧觀察教室內部空氣流動的情況。

成果描述:

本研究在探討通風扇的降溫效果與空氣品質問題,利用自製八分之一比例教室作為實驗模型,在教室前後兩側各裝設2台通風扇,以不同的裝設方式,內部加溫進行實驗,探討體感溫度的下降效果,利用煙霧實驗探討裝通風扇的空氣的流動方向,利用不同的通風模式,探討通風扇與冷氣對於室內空氣品質的影響。實驗結果:體感溫度降溫效果要件如下(1)裝設通風扇加速空氣對流(2)裝設位置進氣口要低,排氣口要高,前後裝設,風向一進一出(3)教室內部風速高(4)教室門窗開啟越大(5)做好隔熱降低熱源(6)教室外部風向與教室外部通風(7)教室內裝設輔助對流扇。本研究在模型教室配置通風扇,教室內風速1.6m/s,增加對流扇由上往下吹,外部無風,模型教室內部熱源821.9W/m³的情況下,可降室內體感溫度5.8℃,比室外體感溫度低2.6℃效果。在冷氣模式下空氣污染物比通風扇模式下高出很多,在冷氣的模式下,空氣缺少對流,髒空氣無法有效排出,空氣品質惡化的現象。裝設通風扇,可節省裝冷氣龐大費用,後續保養與電費等,既能省電環保節能減碳,又能提升學生健康。

實施心得:

教師陳0興、邱0彤:本次研究中學生發現教室內溫度過高問題,提出裝設對流扇解決問題的方法,進行實驗,藉由研究中學習到各方面的能力、知識、態度,並利用最節能方法,降低教室內體感溫度,使用能源最低,達到較佳降溫效果與空氣品質。

學習者心得:

0汝:
學校觀山樓教室,前面有大樓擋住,後面有山坡,空氣對流效果不佳,每到5月後,教室就很熱,學生都無法專心上課,學校想裝冷氣,要很多很多錢,好像要好幾百萬,真的假的!我們家裝冷氣只要3萬元就有了!學校應該不會騙人,真的要很多錢,如果裝設冷氣後續的保養與電費,經學校的估算,每學習每位學生要3~5千元,天啊!真的好多錢。我們查閱相關的研究報告,很多場所都以裝設通風扇來降低體感溫度,我們也想研究看看是否可以利用通風扇來降低教室內體感溫度,經過八個月的研究,發現裝設通風扇的效果不錯,可以降低教室內體感溫度5.8℃,教室內通風較佳,空氣比較品質較好,通風扇使用能源較少,可以節能並達到降溫效果,我們將研究結果與學校師生分享,並提供學校裝設通風扇的建議。
0祐:
學校的觀山樓教室每到夏天,教室內熱到每位學生汗流夾背,學校有裝設吊扇、小小的通風,卻也沒有感覺比較涼。我們考慮到能源問題,裝設冷氣並不是好方法,為了解決教室內炎熱問題,我們想以裝設通風扇的方式,外部因素等對於降溫效果的影響作為研究的主題。首先動手製作八分之一教室模型,透過模型實驗,經過八個月的努力,發現裝設通風扇的方式可以降低教室內體感溫度5.8℃,降溫效果良好,比起裝冷氣經費少很多,後續的電費與維修保養也便宜很多,最重的是通風扇加速教室內的空氣對流,空氣品質較佳,也避免學生進出教室溫差過大影響學生健康,我們並將研究結果提供學校參考,並與學校師生分享我們的研究結果。
0淇:
5月初我們的教室就已經熱到不行,上課無法專心,吊扇開到最大,兩側的小型通風扇都沒有用,所以我們思考如何降低教室內的溫度,是吊扇裝的位置不對?還是通風扇有問題?,我們也發現通風扇只裝設在教室的右側,小小的2個通風扇,好像沒有對流的效果?所以就想到可以利用強制對流的方式來降低體感溫度、教室濕度,增加涼爽的感覺。首先製作一個超大的教室模型,來進行實驗,共計進行11個實驗,實驗結果發現:要兩側裝設通風扇,進氣扇位置要低,出氣扇位置要高,風速要大一點,門窗全開,內設吊扇由上往下吹,做好教室外部的隔熱,加強外部的通風環境,就可以達到比外部體感低2.6℃的溫度,利用通風扇可以減少能源的使用,達到節能減碳的效果,並可以降低體感溫度。
0鞍:
觀山樓教室在冬天時,是學生最喜愛的教室,因為比較隱蔽,冬天的東北季風吹不到,但是到了5月分以後,教室就很熱,每位學生熱到快瘋了,學校很體貼,裝了通風扇、吊扇,但是感覺不到涼爽,是哪一個地方出問題。家長建議學校裝冷氣,學校評估要要改善電力設備、裝設費用、冷氣機台費用將近4百萬元,平均每間教室要40萬元,真的不便宜,冷氣裝設部分,可以申請專案補助,但是後續的電費,每位學生每位要負擔3~5千元,對於弱勢的家庭
是很大的負擔。我們查閱相關的資料發現,裝設通風扇有降低體感室內溫度達6℃的效果,我們想利用相同的方法用在教室使用。經過製作模型,研究設計,進行實驗,研究果分析。發現:裝設通風扇真的可以降低教室體感溫℃5.8,比室外體感溫度低2.6℃,降低體感溫度效果極佳,可以提供學裝設通風校參考。

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    從提報中可看出老師指導學生專題研究自製通風扇的專業與用心 相信學生在實作過程中除了可以解決生活情境中的實際問題以外 更可以為節能減碳與環境降溫盡一份心力 是一份相當棒的環境教育實作探究提報
    發表人:回應委員
    發表時間:2022-08-26
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