催花溫室的設計 與冷凍空調熱泵 在蝴蝶蘭產業的應用

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1 催花溫室的設計 與冷凍空調熱泵 在蝴蝶蘭產業的應用
方煒 台大生機系教授 2005/11/05,06 嘉義大學

2 上山催花 天候變數/路況/運輸時間/耗損 保溫耗能

3 平地催花 200坪/ 80噸冷氣 2.5坪/噸 催花溫室A：1600坪的催花溫室分為8間，每間200坪配備8台10噸的氣冷式空調系統。

4 催花溫室設計1 冷排 固定PE 風扇 水牆 熱排 植床 奇怪的設計

5 催花溫室設計2 and 冷排 水牆 固定式PE 風扇 熱排 植床

6 這是好的設計嗎? 類似 雙層塑膠布溫室，夾層之間使用水牆風扇 ? and PE 冷排 水牆 50” fan 植床 熱排

7 有人建議白天利用水牆降低雙層塑膠布之間夾層內(1)空氣溫度，可降低蘭花栽培空間內(2)的熱負荷
Pad 25oC (1) (2) 這有些誤導 !!!

8 降低雙層塑膠布之間夾層內空氣溫度 只能稍微降低蘭花栽培空間內的熱負荷
熱負荷主要來自於進入的光線 Pad 25oC

9 Vented and Inflated double PE
夾層通風無效的證明 空氣入口 空氣入口 空氣出口 T T Inflated double PE Vented and Inflated double PE 0.3 m T Air tight model GH T Py. Py. 0 ~ 30 AC/min F F Vented model GH F: 風速計， T: 溫度計，Py: 輻射計

10 關燈 Inflated double PE Vented & Inflated double PE Model GH 2

11 開燈 Solar radiation at bottom of model GH is 307 W/m2 Model GH 1

12 輻射量為 307 W/m2時 兩種夾層內空氣溫度變化 無通風夾層內溫度 10 oC 通風夾層內溫度 室外溫度 開燈

13 輻射量為 307 W/m2時兩種夾層下 溫室內不通風時空氣溫度的變化
無通風夾層內溫度 A A’ B’ B 通風夾層內溫度 不通風溫室內的空氣溫度

14 輻射量為 307 W/m2時兩種夾層狀態下 有大風量(30 AC/min)通風的 溫室內空氣溫度變化
無通風夾層內溫度 B 通風夾層內溫度 A’ 通風溫室內的空氣溫度 B’

15 夾層內通風與否 會影響夾層內空氣溫度，前述試驗顯示可相差9~11度C 不會影響夾層下方空間的空氣溫度，不論下方空間內是否有通風

16 此設計的第一個缺點 溫室內隔間使用固定的塑膠布 塑膠布外層結露嚴重 容易形成水袋 容易長青苔 造成管理困難與其他問題 Pad 25/18oC

17 水袋 好像問題不大

18 及早戳一個洞，可以亡羊補牢

19 但是青苔如何解決呢？

20 正確作法是要防止結露發生

21 此設計的第二個缺點 風扇與水簾降溫系統沒有被正確使用 熱負荷大，冷氣使用時段長 Pad 25/18oC

22 此設計的第三個缺點 正確作法： 使用不正確的冷排 改用類似蔬果冷藏庫使用的高濕型冷排 以大風量取代空氣通過熱交換器(冷排)的大溫差
Pad 25/18oC 使用不正確的冷排 冷卻能力被拿來除濕 室內太乾又再加濕，雙重浪費 正確作法： 改用類似蔬果冷藏庫使用的高濕型冷排 以大風量取代空氣通過熱交換器(冷排)的大溫差 冷排內跑冰水優於跑冷媒，後者溫度太低，除濕能力太強

23 催花溫室C

24 催花溫室設計3 OR 冷排 水牆 固定式 PE 風扇 植床 熱排

25 此設計的第四個缺點 光量不足，花朵壽命短 原因： 外層表面有水分冷凝(結露)，容易長青苔，造成光線穿透率降低
有人說，就算有水分凝結，使用照度計量測，相差不多，所以影響不大 回答：水分冷凝(結露)造成光線穿透率大幅降低，尤其以紅光減少最多。使用照度計(photometer)無法正確量測

26 照度計(photometer)與光量子數感測器 (quantum sensor)感度曲線

27 * HPS: 高壓鈉燈， FL: 螢光燈管

28 克服光量不足與結露的作法1,2 室外少一層遮蔭網，搭配溫室內隔間溫室採充氣式雙層塑膠布 避免塑膠布水平安裝：萬一產生結露，也允許冷凝水滑落
減少冷凝水形成結露 減少青苔形成 保溫 內隔間使用燈管補光 避免塑膠布水平安裝：萬一產生結露，也允許冷凝水滑落

29 預防上方結露的最低相對溼度 Tdb,oC RH, % Tdb,oC RH, % 25 30 35 100 74 56 Tdp,oC 22
78 65 49 Tdp, oC 18 Pad 25oC Pad 18oC 水簾不需啟動，適度通風就好

30 較好的作法 Tdb, oC Tdb,oC RH, % RH, % 第二層 PE 改為雙層充氣式PE，可使結露的溫度下限提高
採中央懸吊式或拱形安裝，允許露水滑落 Tdb, oC 25 30 35 RH, % 84 62 47 Tdp, oC 22 Tdb,oC 25 30 35 RH, % 65 49 36 Tdp,oC 18 22oC, 78% 18oC 18oC

31 克服光量不足與結露的作法3 溫室內隔間塑膠布採活動式 捲揚式膠膜內溫室 75坪/ 20噸冷氣 3.75坪/噸 催花溫室D

32 克服光量不足與結露的作法4 四坪/噸冷氣 隔間溫室內增加人工光源 活動式膠膜內溫室 催花溫室E

33 催花溫室設計4 OR 冷排 水牆 活動式 PE 燈管 熱排

34 催花溫室F

35 催花溫室設計5 固定單/雙層PE 通風口 風扇 熱排 夾層 植床 冷排

36 催花溫室G

37 催花溫室設計6 三效主機 風扇 降溫、加溫、除濕 可收放捲簾 允許紫外線穿透的玻璃或 高透光塑膠布 固定雙層PE或可收放PE 遮蔭網
冷氣啟動時水簾泵不啟動 內循環風扇 燈光 三效室外機 降溫、加溫、除濕 三效主機 可收放捲簾

38 允許紫外線穿透的高透光塑膠布 F-CLEAN PET GLASS PE

39 降溫、加溫、除濕 三效主機???

40 冷凍空調循環 室內 低壓側 冷排 膨脹閥或毛細管 壓縮機 高壓側 熱排

41 冷氣使用：組培操作室/辦公室/組培室

42 冷氣使用場合：溫室催花 冷氣使用場合：環控室催花

43 使用水塔就是熱能的浪費 使用室外熱排也是熱能的浪費

44 熱泵 低壓側 冷排 膨脹閥或毛細管 壓縮機 高壓側 熱排 室內

45 冷凍空調熱泵：冷熱水雙效系統 P 熱水槽 冷排側 熱排側 消耗 新水 冷水槽 C 板式熱 交換器

46 冷水/冷氣/熱水/暖氣四效系統 P 熱水槽 冷排側 熱排側 消耗 新水 冷水槽 C 板式熱 交換器 冷排 熱排

47 冷熱水雙效系統 冷水提供組培室、辦公室與冷藏空間所需的冷氣，提供催花溫室降溫與冷藏室降溫
熱水提供一般溫室夜間加溫，抑梗溫室全日加溫，洗澡所需熱水與組培室高壓滅菌鍋爐所需蒸氣之預熱，提供介質蒸氣消毒設備的熱水 冷水與熱水併用提供溫室除濕

48 熱水/蒸汽使用場合：蒸氣滅菌 良品率提升: 大幅減少病蟲害,雜草發生 熱水/蒸汽使用場合：介質使用前處理

49 熱水/蒸汽使用場合：溫室加熱 在台灣多使用燃燒柴油的空氣加溫機 近來有開始使用瓦斯、柴油、重油鍋爐燒熱水 氣候變遷，冬季低溫往下驟降
副產品：不利於環境的二氧化碳 燃燒不完全：致命的一氧化碳 氣候變遷，冬季低溫往下驟降 溫室保溫所需加油成本不斷攀升 民國94年2,3月的加溫成本即為往年的加倍 寒流期(8oC)，3600坪，油錢 12萬/週

50 熱水使用場合：越冬栽培 抑梗溫室 日本市場要求五葉一心的大苗，此大苗需要超過一年以上的栽培期才能達成，所以一定會經過一個冬季。
溫室內必須經年維持在28度C以上。台灣的天候雖屬亞熱帶地區，但本島平地地區往往八月份就需開始加溫。 抑梗溫室

51 冷水/熱水使用場合：溫室除濕 台灣屬海島性氣候，高濕也為特徵之一
高濕造成病蟲害滋生，高濕也造成植物蒸散不易，間接使得根系吸收緩慢，造成生長緩慢。 溫室內如果能夠除濕，維持在70~75%的相對濕度，則不僅病蟲害問題可大幅減少，降低用藥成本，提高作物品質，作物的生長勢也會相對提高。

52 冷熱水雙效系統做單效使用 催花溫室就是抑梗溫室，不需額外投資 取代燒柴油的熱風機或鍋爐 夏天模式：催花溫室 冬天模式：抑梗溫室
一般溫室或抑梗溫室加溫使用 催花溫室不需另外裝加溫設備

53 溫室加溫機 (燃油產生熱風) 每桶原油短期內已由40美元漲至70美元，入前跌回60美元，但局勢仍不明朗

54 多熱源加熱系統 在溫室內採用的熱交換器 電熱與桶裝液化瓦斯

55 中溫鍋爐

56 各型加熱系統的效能 能量放大係數 型式 熱值 COP 性能係數 電阻式電熱器 3.6 kJ/kWh 1 熱泵 2 ~ 2.75 2號燃油
38000 kJ/L 0.65 ~ 0.75 天然氣 35000 kJ/m3 0.7 ~ 0.85 液態瓦斯(LP) 26000 kJ/L > 4 摘自 Albright, 1990 (Chap7, p.207)

57 不同熱源的效益比較 高效熱泵 天然瓦斯 柴油鍋爐 重油鍋爐 電熱水器 液化瓦斯 1564 kcal/元 622 kcal/元
2.5 3.2 3.5 4.1 4.6 高效熱泵 天然瓦斯 柴油鍋爐 重油鍋爐 電熱水器 液化瓦斯

58 加溫，降溫，除濕三合一設備 T T-ΔT 降溫模式 冰水 加溫模式 熱水 除濕模式

59 加溫，降溫，除濕三合一設備 T T+ΔT 降溫模式 冰水 加溫模式 熱水 除濕模式

60 加溫，降溫，除濕三合一設備 T T 降溫模式 冰水 加溫模式 熱水 除濕模式

61 安裝成本 做雙效使用:成本低於冷氣與加溫系統 做單效冷氣使用:比催花溫室成本稍高 做單效加溫使用:
固定成本比使用柴油熱風機或中溫鍋爐高許多，約為後者的兩倍 操作成本比使用柴油熱風機或中溫鍋爐低許多，約為後者的1/3 加熱面積越大、加熱時間越長，回收時間越短

62 熱泵與各型鍋爐 總成本(=固定成本+年數*年操作成本)之比較
加熱需求為1百萬kcal/hr，每天使用8小時，一年使用165天 1786萬 與柴油/重油中溫鍋爐比較，使用到第二年就佔優勢 908萬 與瓦斯中溫鍋爐比較，使用到第三年就開始節省

63 台灣各地三個室外溫度範圍的發生機率 每天使用8小時，一年使用165天只相當於全年的15%

64 結論 催花溫室設計有許多細節要講究 冷凍空調與熱泵可以結合，三合一設備功能多、彈性高
屋頂資材選擇 冷凍空調設備與燈光選擇 適度隔間與利用夾層 搭配自然或強制通風降低冷卻負荷 冷凍空調與熱泵可以結合，三合一設備功能多、彈性高 熱泵系統取代加溫機或鍋爐，雖單價高，但操作成本便宜許多，大面積溫室業者，使用兩、三年就可回收

65 謝謝聆聽 敬請指教