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一篇荒誕不經的文章-溫室層流與高效節能

 

中興大學 生物系統工程研究室 陳加忠

 
 

2010126977-79頁的台灣花卉園藝月刊看到一篇內容荒唐的文章,令人驚訝是這種水準的文章竟以白紙黑字印刷出現於官方資助的刊物。

此篇文章強調一個重點。以上方的層流設計使得溫室上層的熱源不會傳達到下層,因此下層空調區所處理的熱負荷大幅降低。再以空調進行降溫。其標題自稱是"高效節能"

有興趣的讀者可以參考此篇文章,而此篇文章最大的問題是作者根本不暸解溫室結構,不明瞭溫室熱源是從何而來,自鳴得意提出其溫室環控節能技術。

在文章中圖1表示溫室風扇與水牆無法形成完整的流動。此原因不在於風扇與水牆的問題。風扇與水牆的使用與施工本來就有一定的規範。對溫室內空氣流動具有一定的流場分佈。在台灣,就是有少數人喜歡自作聰明,將水牆與風扇的距離拉長為60公尺以上,因此才造成空氣流動的不連續。以圖1之圖形批評風扇水牆性能,這是作者的外行。

作者最得意的見解如下:"5公尺的溫室,溫室保溫膜下降2公尺,上層設置通風口。上層受到日曬之熱空氣以風機帶出。下層以空調控制。"

台灣的催花冷房早就使用此種概念。冷房上方屋頂與屋頂下方夾層所累積之熱空氣,其熱量以正壓風扇或負壓風扇帶走。但是風扇啟動的時間與空氣通過夾層的風速都要經過精確計算,配合溫度感測進行控制。如果夾層的風速太大,強制對流則引起太高的熱對流係數,加上冷房內外的溫度差,反而使得大量熱能進入冷房內部,增加冷凍機負擔。由此篇文章的夾層抽風技術,顯示作者對熱傳原理並不瞭解。在台灣催花冷房普遍使用之今日,這篇文章提出的方法是如此淺薄無知。

要使溫室內部溫度低於大氣溫度,以風扇配合水牆進行降溫作業,這是降溫技術中最廉價,最節省能源的技術。蒸發冷却引起的高溼環境更是有利於蘭花作物的栽培。高溼引起病害是來自通風不良,是來自風扇的使用不當,以及蘭花栽培管理不正確。問題不能只歸咎於水牆。使用風扇與水牆增加溫室內濕度,但是高濕不是病害的唯一原因。風扇與水牆降溫技術不是最完美,但是是節省能源的最佳選擇。

使用上下分隔的夾層,促使上方熱空氣熱量不進入下方,此方法只適用於不透光之屋頂,例如動物的畜舍與人類活動的建築物。因為屋頂材料是不透明,其屋內熱源雖然來自陽光,但是是屬於間接傳熱。陽光被屋頂表面吸收後,再經過屋頂以熱傳方式傳送進入內部。因此以灑水或通風方式清除屋頂上方熱源,即有降低建築物內部溫度之效果。

溫室不然。陽光由透明材料直接射入地面,以上方夾層空氣排除方式根本無法阻擋直射到達地面的太陽能量。到達地面的陽光能量大小是由作物本身所決定。強光品種需要更高的光合作用有效能量,因此溫室內部的進入能量就是更高。例如果菜需要40000-45000 lux光量,蝴蝶蘭需要20000 lux光量,因此果菜溫室內部的熱累積高於蘭花溫室。

以作物需求光量為依據,大氣中多餘陽光光量可以以內外遮蔭網阻止進入溫室內部。使用外遮蔭比上方夾層空氣更為有效。因為直接將多餘陽光光量阻擋於溫室外面。但是作物的光合作用需要光量,進入溫室內部的陽光能量也因此造成熱累積,造成溫室內部溫度增加。能夠排除熱量的方法只有通風,蒸發冷却與使用冷凍機械。大量通風的降溫極限是與外界相同。使用蒸發冷却的降溫極限是溼球溫度,台灣夏季白日溫度降溫極限是27-28

由於蝴蝶蘭白日催花溫度需要低於26℃,因此蘭花溫室不得不使用昂貴的冷凍機械與電能。這種冷凍機械的使用是最不得已的行為,也是最耗能的技術,只適用少數高價值作物。在台灣花卉園藝的這篇文章,在圖2中作者宣稱大型建築之分層空調系統同樣原理可應用於日曬量極大的台灣區溫室。圖中的底層降溫是使用空調設備。在溫室之內,陽光能量直接照射至溫室地板。具有不透光屋頂的建築物其內部光量如何與這種直接進入的陽光能量相比擬。以空調設備要耗費多少成本才能降溫?陽光能量分佈的不同,使用空調降溫這種浪費耗能的環控技術竟自稱"高效能"大型建築空調系統竟敢宣稱可應用於溫室。外行人如果自知外行,就不會出現這種荒誕不經的言論。然而這種荒唐的文章,竟然可以刊登在官方資助的花卉月刊。

溫室環控在學術領域是屬於農業工程之領域。要學習溫室與設施工程,則有一些必修的學門。例如要進入作物設施環控的領域,需要的學理基礎包括物理學,微積分,工程數學,熱力學,流體力學,熱傳遞,質傳遞,空氣圖,冷凍工程,氣象學,自動控制,生物學,植物生理學與環控生物學。溫室環控工程並不限制農工系畢業生才能從事,但是有心從事設施環控研究,就必需好好的下工夫,好好的讀書。

        此篇文章不知是否來自作者的幻想或是來自農委會科技處資助的大筆經費?如果是後者,將計畫研究經費除以本文字數,這篇文章的稿費將可列入中華民國建國百年以來最豪華也是最荒唐的稿費。