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一著錯,滿盤輸-荷蘭專家對蒸發冷卻的錯誤認識

 

中興大學 生物系統工程研究室  陳加忠

 
 

在定期搜尋溫室與蝴蝶蘭栽培資料時,自荷蘭Wageningen大學之出版資料得到兩份PTT檔都出自荷蘭H教授,篇名與台灣如此密切:

1. Possibilities of modern greenhouse concepts and equipment for sustainable and high quality orchid production in Taiwan.

2. Possibilities of modern greenhouse technology and cooperation for establishing sustainable and high quality greenhouse production in Taiwan and beyond.

這兩個PowerPoint有兩個主要論點,H教提出第一個論點蝴蝶蘭的栽培環境日夜溫度是28/26,抽梗溫度是20/18。第二個論點是蒸發冷卻技術是無效,與使用天窗之自然通風的降溫效率相同,在夏天溫室內部溫度高達32-38。因此H教授為台灣蝴蝶蘭產業提出的策略是採用荷蘭天窗型高牆溫室,再使用冷凍機械進行降溫。

台灣使用風扇水牆溫室已近二十年,蝴蝶蘭產業也發展十餘年,如果H教的兩個論述都是正確,台灣蝴蝶蘭在溫室之內早已因為高溫應力而死絕,台灣應該也無此產業。台灣農委會也不會花大錢請這些專家來台灣胡言亂語。

荷蘭教授認為蝴蝶蘭栽培是28/26,催梗是20/18,那是「在荷蘭見天下」的優越感習性。但是宣稱使用蒸發冷卻無效率,水牆風扇溫室內部溫度會高達32-38,這是無法接受的論點。為何荷蘭Wageningen大學H教授有此論點?其論述基礎是由電腦模擬而來,因此就必須有此學校的溫室微氣候模擬理論開始探討。

Wageningen大學對於溫室內部微氣候的模擬建立是來自1996年的一篇博士論文,資料如下:

De Ewart, H.F.1996 Analyzing energy-saving options in greenhouse cultivation using a simulation model. PhD thesis, Wageningen University.

在這篇論文中,對於藉由天窗進行自然通風之荷蘭溫室其內部氣候有良好的預測能力。此篇論文完成的模擬軟體也被Wageningen大學沿用至今。其中自然通風的最大換氣率設定為0.4min-1

中國學者曾經以這個模擬軟體進行荷蘭Venlo溫室於上海地區之微氣候模擬,論文如下:Luo et al. (2005). Simulation of Greenhouse Management in the Subtropics, PartScenario study for the summer season. Biosystems Engineering 904):433-441

在此篇論文中,溫室氣溫於正午時到高達36。但是上海附近三益公司搭建的風扇水牆溫室其內部氣溫為31-32。這些溫室內部實際量測值並未給予這些模擬學者有何警惕。荷蘭專家2011年到台灣的技術推銷會談,強調蒸發冷卻技術無用論。德國、美國等國學者針對亞熱帶與熱帶溫室,提出各項蒸發冷卻技術之研究。為何荷蘭學者以其溫室環境模擬軟體之結果宣佈蒸發冷卻無用論?

這種蒸發冷卻技術無用論的根源只要細心的研讀Waegningen大學近十年以來的論文,即可得到答案。問題之根源在於兩個原因:

1. 邊際條件之設定

機械通風之換氣率其設定值為100/-hr

資料出處:Jr. Joke Campen. 2010. Is a Sustainable Protected Horticulture in the KSA feasible? Wageningen University. (http://library.wur.nl/WebQuery/wurpubs/392795)

在另一篇文獻,也可看到荷蘭學者對溫室換氣率之選用基準:

Vanthoor et al.2011. A methodology for model-based greenhouse designPart I. a greenhouse climate model for a broad range of designs and climates. Biosystems Engineering. do:10.1016/j.biosystemseng.2011.06.001

2. 模擬的結果未以實際量測數據進行驗證

第二項原因又造成了第一項的錯誤無法改正。這些荷蘭專家進入台灣的蘭花溫室,其電腦模擬的結果是32-38,人體的感覺應可知此模擬結果並不合理。但是由於缺乏實際量測溫度之比對,對於不合理的模擬結果竟然未加發現而且加以解釋。

100/-hr換氣率設定值,其設計基準與美國、台灣並不相同。美國溫室工程學會的換氣率設計基準是0.7-0.8min-1溫室體積換氣率,台灣蘭花溫室的設計基準是1.5-1.8 min-1溫室體積換氣率。荷蘭的基本設定值換算成單位體積換氣率,其數值為1.67/H min-1H為溫室高度。因此溫室高度為4.0公尺,換氣率為0.42 min-1。溫室高度為5公尺,換氣率為0.334 min-1。溫室高度為6公尺,換氣率為0.28 min-1。高達10公尺的溫室,其換氣率只有0.167 min-1

以台灣一座典型蝴蝶蘭溫室說明換氣率對於溫室內部溫度分佈之影響,溫室長度50公尺,寬度48公尺,高度4公尺,披覆材料熱傳係數4.0 W/㎡.,大氣溫度35,通過水牆後溫度為27,溫室內部光量為200 W/㎡(約22000 lux)。

四種換氣率對於溫度分佈之影響如圖1。以國內之換氣率標準設計,溫室內部溫度平均值為29,自水牆至風扇縱向溫度梯度範圍為27-31。如果換氣率為1.0 min-1,溫室平均溫度為29.98,範圍為27-33。以美國標準,換氣率為0.75 min-1,溫室平均溫度為30.9,範圍為27-34.8。以荷蘭標準,換氣率為0.417 min-1,溫室平均溫度為33.6,範圍為27-40.2。這就是荷蘭專家在台灣簡報其PowerPoint內容,宣稱蒸發冷卻作用結果導致32-38之原因。

因此荷蘭專家H教授宣稱水牆風扇之蒸發冷卻技術在台灣無用,此誤解原因來自其模擬軟體之換氣率設定值過於偏低(0.417 min-1)。加上這些人到台灣參觀,也未曾在台灣溫室內以溫度實際量測值進行其模擬模式有效性驗證。荷蘭專家宣佈水牆風扇無用論,國內則出現荷蘭式高牆溫室,以天窗為唯一的環控工具。省道1號公路斗南與民雄之間也看到一棟復古之Venlo溫室。這些溫室以天窗開閉能否降溫?台灣在1980年已嘗試過。在2011年之後,這些荷蘭溫室環控問題解決唯一之道是要裝置冷凍機械,這就是來自荷蘭專家之意見。

一個換氣率的邊際值設定錯誤,導致模擬結果不正確。這即是「一著錯,滿盤輸」。荷蘭溫室專家在學術界已失去在亞熱帶與熱帶地區之發言權。台灣在21世紀引入荷蘭高牆溫室,然後再被迫裝設冷氣之故事也將在國際學術界成為一個教訓。

亞熱帶與熱帶地區其氣候特色是強日照、高溫與高濕。溫室是用以保護作物抵抗如暴雨、強風、寒流等不利環境。由於強日照,在溫室內部造成多餘的熱累積,使得溫室內部形成高溫。溫室內部作物之蒸散作用,介質之蒸發作用,加上人為灌溉作業之給水,溫室之濕度也大量累積。唯有大通風量才足以驅逐多餘的熱量與水氣。要使溫室內部溫度低於大氣溫度,蒸發冷卻是效率與成本同時考量下蘭花栽培的可用技術。以水牆促使大氣空氣降溫加濕,再以風扇的大風量抽取以取代溫度內部高溫高濕空氣,這是台灣1990年代發展成功的技術。近年來溫室冷卻降溫技術已有許多討論,例如:K.S. Kumar, K.N. Tiwari, Madan K. Jha. 2009. Design and technology for greenhouse cooling in tropical and subtropical regions: A review. Energy and Buildings 41:1269-1275.

荷蘭的專家學者認為蒸發冷卻無用,原因只是其電腦模擬作業邊界條件假設的失敗。模擬失誤又未能以實測數據檢討,當然一錯再錯。全世界也只有台灣一些官大學問大的外行政客,竟把這種錯誤理論當作真理。「一著錯,滿盤輸」,雖然只是荷蘭學術界的一些人,但已影響台灣一些蘭花業者。台灣那些荷蘭式高牆溫室將成為台灣溫室產業的恥辱地標。在1990年代,台灣引進荷蘭Venlo型溫室,二十年後歷史再度重演,台灣搭建引進高牆溫室配備冷氣機械。二十年台灣溫室工業的辛勤,這些大官虎視而不見。

對於這些來自荷蘭的教授與溫室廠商等專家群而言,台灣只是一個有錢的金主,只是一個冤大頭,只是他們撈錢的地方。然而一些自稱溫室節能專家,花公家大錢,跑到荷蘭邀請這些沒有職業道德的洋和尚。這些溫室節能專家對溫室工程是外行,對亞熱帶環境又不瞭解,隨意浪費人民的納稅錢。請來外國洋和尚建議在台灣溫室內裝置冷凍機械以降溫,稱為節能減碳。這就是二十一世紀2008-2012年的台灣奇蹟。

 

1. 四種換氣率對於溫度分佈之影響