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系統識別號 U0026-3006202011003500
論文名稱(中文) 蘆筍溫室熱環境之量測與改善策略
論文名稱(英文) Measurement and improvement of thermal environment in asparagus greenhouse
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 建築學系
系所名稱(英) Department of Architecture
學年度 108
學期 2
出版年 109
研究生(中文) 徐意維
研究生(英文) Yi-Wei Hsu
學號 N76071259
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 83頁
口試委員 指導教授-林子平
口試委員-蔣鎮宇
口試委員-張烔堡
中文關鍵字 蘆筍  溫室實測  溫室通風  CFD  滴灌  USR 
英文關鍵字 greenhouse  asparagus  thermal environmental control  computational fluid dynamics simulation  drip irrigation 
學科別分類
中文摘要 蘆筍慣行農法採用露天栽培,但因自然災害及病蟲害影響產量及品質。因此近年來改以溫室種植,不僅可以抵抗自然災害,還可以使蘆筍產期延長、品質更佳。台灣位處亞熱帶,溫室會因為蓄熱導致高溫,常見的降溫方式為自然通風,但是其降溫效果有限。溫度超過33℃時,蘆筍生長易受影響,植株光合作用能力下降,母莖枝葉黃化速度加快,嫩莖開芒比例增加,而開芒會使蘆筍喪失商品價值。
本研究為了提高溫室生產蘆筍的產值,首先需要瞭解溫室內的環境變化。使用垂直監測的方式,由土壤下20公分至上方高度200公分處記錄不同高度的空氣溫度、相對濕度、土壤溫度與黑球溫度,並在各個高度拍攝魚眼圖。其他的觀測項目包括土壤水分含量與空氣中的二氧化碳含量,並使用縮時攝影紀錄溫室環境與蘆筍生長狀態。根據蘆筍產量與實測資料分析,產量與溫度、土壤水份含量有相對應的關係。
溫室降溫的方法有很多種,需要依照種植的作物與當地氣候條件進行調整。本研究首先以噴灌系統進行溫室設備改善,由熱影像檢視有明顯降溫效果,土壤溫度從32℃降低到29℃,但水珠殘留於枝葉間可能引起蘆筍莖枯病等病蟲害,需要搭配排風扇以促進水分蒸發。為了得到有效率的機械通風,本研究將實測數據應用於CFD模擬軟體,採用ENVI-met模擬周圍環境改變對溫室的影響。另外,透過FlowDesigner模擬機械通風,經由對外抽風扇、內部風扇與通風口高度的調整,以不同的情境模擬分析氣流分布與風速大小,最後得出風扇安裝的最佳化策略,可以使溫室內35℃的空氣溫度降低到33℃,將蓄熱帶出溫室並促進地面的水分蒸發,達到降溫之效果。
在經費限制的情況下,未實施風扇通風最佳化的安裝模式。因土壤為影響蘆筍嫩莖生長的重要位置,土壤溫度高與水分含量低會增加嫩莖開芒的比例,因此為了維持土壤的水分供給與降低土壤溫度,本研究採取土壤局部降溫策略。利用滴灌系統與空調設備結合成為水溫調控滴灌設備,可於夏季日間以相對溫度較低的冰冷水澆灌以降低土壤溫度,空調設備亦可以在冬天時製造熱水使土壤溫度升溫,提供適合蘆筍生長的25~30℃環境。改善後的產量高於傳統溝灌方式,且此環控方式電費非常低廉,解決蘆筍在夏季開芒與冬季產量不足的問題,預期可增加蘆筍品質與產量之經濟效益。
英文摘要 Asparagus (Asparagus officinalis L.) is conventionally grown outdoors. However, due to natural disasters and vermin affecting yield and quality, asparagus has been grown in greenhouses in recent years. Taiwan is located in the subtropical zone, and thus greenhouses there tend to retain heat and produce high temperatures. When the surface temperature of the soil exceeds 33°C, the asparagus spear tends to split at the tip, which reduces its market value.
To increase the yield of greenhouse asparagus, the environmental changes in a greenhouse must be understood as the basis for subsequent improvement of the internal thermal environment. In this study, vertical monitoring was adopted to record the temperature, humidity, and soil moisture content of the greenhouse. Cameras were also employed to record the greenhouse environment and the process of asparagus growth. A computational fluid dynamics simulation was conducted to determine the optimal mechanical ventilation plan. The research results revealed that the environmental temperature and moisture content in the soil were critical for asparagus yield. This study adopted an innovative strategy to reduce the local temperature in the soil.
There are many ways to cool the greenhouse, which needs to be adjusted according to the crops grown and the local climate conditions. In order to obtain efficient mechanical ventilation, through FlowDesigner to simulate mechanical ventilation.The airflow distribution and wind speed are simulated and analyzed in different scenarios, and finally the optimization strategy of fan installation is obtained. It can reduce the air temperature of 35℃ in the greenhouse to 33℃.
Specifically, we used temperature-controlled drip irrigation equipment to improve the asparagus growth environment. After implementing this improvement, the yield was higher than that of the conventional canal irrigation method. This method is expected to increase asparagus quality and yield and resolve the problems of split spear in summer and insufficient yield in winter.
論文目次 第一章、 緒論 1
第一節、 研究背景 1
第二節、 研究動機與目的 2
第三節、 研究場域 3
第二章、 文獻回顧 5
第一節、 台灣蘆筍設施栽培 5
第二節、 溫室內蘆筍生長影響因子 5
第三節、 蘆筍溫室之熱環境改善 7
第三章、 研究方法 10
第一節、 研究流程 10
第二節、 現場調查與實測儀器 11
第三節、 微氣候CFD模擬 17
第四節、 蘆筍產量收集 27
第四章、 研究結果 28
第一節、 溫室實測紀錄資料分析 28
第二節、 ENVI-met模擬 48
第三節、 FlowDesigner模擬溫室風扇之最佳方案過程 52
第四節、 溫室熱環境改善流程與實踐結果 62
第五章、 結論與建議 75
第一節、 結論 75
第二節、 建議 76
第三節、 研究限制 77
參考文獻 79
附錄1. ENVI-met情境模擬2018/5/27每小時的溫度分布圖 82
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2.中央氣象局將軍自動氣象站:https://e-service.cwb.gov.tw/HistoryDataQuery/index.jsp,2020。
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