開頂溫室控制系統及微霧降溫技術研究
4.2 噴霧粒徑
由量測實驗結果如表 1 所示，噴霧壓力愈大、其細霧之粒徑愈小，而總體表面積 與熱交換面積則愈大，導致降溫效果較佳，反之，噴頭孔徑愈大，其粒徑愈大，整體 蒸散作用較差，容易造成濕度過高。在圖 4 中，噴霧粒徑之反應曲面圖可得知，當噴 頭孔徑在 0.25mm 時，噴霧粒徑會隨著噴霧溫度減少，有快速上升的趨勢，而當噴頭 孔徑在 0.15mm 時，噴霧粒徑與噴霧溫度無太大變化。當噴霧壓力增加時，噴霧粒徑 會隨著噴頭孔徑增加而有上升的趨勢，而當噴霧壓力增加時，噴霧粒徑則會隨著噴頭 孔徑減少亦有相同下降的趨勢。即當噴霧在同樣噴霧壓力、但噴霧溫度低於測試環境 露點溫度(約 27℃)的情況時，其粒徑會因為與周圍空氣中的水蒸氣發生質傳(Hwalader and Liu, 2002)，水蒸氣凝結於水滴表面，而使粒徑變大，無論工作壓力的大小會因低 溫而造成粒徑增加。在溫室中，噴霧邊界層上的水蒸氣則會蒸散至空氣中，使空氣中 濕度增加。若粒徑較大時，有未蒸散完全的狀態下，水滴易附著在作物上，造成植物 發生病蟲害，也使得溫室內的環境變成潮濕的情況，故在應用上需以強制通風增加霧 粒飄移的距離並提升蒸散效率及降溫效果。
圖 4 噴霧粒徑之反應曲面圖 4.3 噴霧流量
噴霧流量為影響系統之降溫能力及環境濕度的重要參數。噴霧流量經測試後在 1.17L/min 至 1.67L/min 之間，如表 1 所示。在圖 5 可見，當噴霧溫度增加時，噴霧 流量會先緩緩上升而後下降的趨勢，亦即噴霧溫度影響噴霧流量較為不大，而噴頭孔 徑變大時，會使噴霧流量快速上升，而當噴霧壓力增加時，噴霧流量則有快速上升之 趨勢，代表噴霧壓力會隨噴頭孔徑增大而上升。經噴霧流量之反應曲面圖顯示，噴頭 之噴霧流量與噴頭口徑及壓力大小成正比，但噴霧量增加的同時環境濕度也隨之上升 (Fukatsu and Hirafuji, 2005)，故溫濕度的控制是以間歇噴霧的方式做調控，目前較佳 的控制方式是以設定溫室內溫度做為噴霧啟動條件，配合設定相對濕度為停止條件，
以達溫室內降溫及避免控制環境內過濕之目的。
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圖 5 噴霧流量之反應曲面圖 4.4 最適操作條件
經由本實驗前述有關低溫微霧降溫系統之各項反應性狀分析可知，產品之溫室內 溫度代表植物於溫室內合適之生長溫度。噴霧粒徑在低溫微霧降溫系統中代表蒸散效 率的快慢，同時也影響空氣間的熱交換時間與熱交換量，因此，噴霧粒徑同樣也是不 能忽略的重要指標。噴霧流量為影響系統之降溫能力及環境濕度的重要參數，實際應 用上，測得噴頭的噴霧粒徑及噴霧流量之後，才能依照與降溫之環境性質進行規劃，
代表噴霧流量大小影響高壓霧化增加其體表面積後，可直接提升其總熱交換量，進而 影響溫室內降溫的程度(Abdel-Ghany and Kozai, 2006)。故以低溫微霧降溫系統之溫室 內溫度、噴霧粒徑及噴霧流量作為最適操作條件之指標。並參考下列文獻（蔡等人，
2000；黃，2000；余和江，2013；Fukatsu and Hirafuji, 2005）與主觀認定，並配合本研 究之實際分析結果，設定條件目標範圍為：29.4℃＜溫室內溫度＜29.8℃；15μm＜噴霧 粒徑≦16μm；1.36 L/min＜噴霧流量＜1.48 L/min。將以上三種反應性狀之反應曲面等 高線圖重疊以找出最適操作區域範圍，如圖 6 所示。重疊以上各範圍之結果，由圖 6 中之白色區域（feasible region），即為本研究之最適操作比例範圍。由圖 6 可得知當 溫室內溫度為 29.6℃時，噴霧粒徑為 16μm 以及噴霧流量為 1.42 L/min。將此驗證條 件帶入各反應性狀之迴歸模式，可得噴霧溫度之最佳操作範圍為 10~11℃、噴頭孔徑 之最佳操作範圍為 0.16~0.18mm、噴霧壓力之最佳操作範圍為 96~107 kgf/cm2。
噴頭孔徑
噴霧壓力
0.250 0.225 0.200 0.175 0.150 120
110
100
90
80
噴霧溫度 10 保持值
29.4 29.8 溫度 溫室內
15 16 粒徑 噴霧
1.36 1.48 噴霧流量
噴霧溫度
噴頭孔徑
13 12 11 10 9 8 7 0.250
0.225
0.200
0.175
0.150
噴霧壓力 100 保持值
29.4 29.8 溫度 溫室內
15 16 粒徑 噴霧
1.36 1.48 噴霧流量
圖 6 等高線圖求最適配方比例
五、結論
傳統風機式噴霧降溫法已普遍應用於溫室植栽及市場等開放性空間進行降溫調 節，但無法調控微霧的溫度及粒徑大小，而使降溫效果受限。本研究採用低溫微霧降 溫系統可調整噴霧出水之壓力大小，配合不同噴頭孔徑，其噴霧粒徑大小亦隨之改變，
以 100kg/cm2的壓力噴霧時，大部分微霧在掉落地面以前就完成蒸發，再利用蒸散冷 卻的原理，配合擾流風扇，增加通氣量，由開頂溫室之上方開頂面積進行蒸散作用，
溫室內溫度與大氣溫度相較之下，其降溫幅度達 6℃以上。本研究之低溫微霧降溫系 統，以高壓噴霧能產生較佳的霧化效果，提升蒸發冷卻效率，故較低壓系統更具經濟 效益，根據本研究之提供低溫微霧降溫系統最適化操作條件作為參考資料，更可發揮 開頂溫室之最大降溫效益。
六、參考文獻
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