(農業試驗所特刊第214號)產業現況及研究發展國際設施研討會論文專刊

全文

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(2) 序文為因應極端氣候與全球發展設施產業趨勢，農業試驗所於102年開始研提設施農業相關研究與技術開發之計畫構想，以提升國內設施農業整合研究能量與產業技術，103年度「設施農業升級及產業加值化」計畫整併成為農委會「推動農業科技產業全球運籌」政策型計畫之分項計畫來執行，開啟了為期4年的設施研究科技計畫，計畫目標為結合溫室工程及農業栽培技術，以「整廠輸出」方式，扶植國內業者建立符合熱帶/亞熱帶氣候需求之溫室產業，以提升國際競爭力，同時解決國內目前設施栽培所遭遇之問題。「設施農業升級及產業加值化」聚焦兩大研究目標：「結合農工商異業，整合軟硬體及栽培技術，建立農業設施整廠輸出之創新營運模式」與「建構熱帶/亞熱帶園藝設施產業全球價值鏈，穩定國內優質安全農產品供應體系」。以目前產業發展瓶頸及不同類型設施所需的關鍵技術鏈為研發標的，整合產、學、研各界組成跨領域合作團隊，進行設施農業研發及推廣，本研討會論文匯集四年來計畫研究成果，內容有：一、設施設計升級：利用模擬軟體進行設施結構及抗風性之評估，設計具有抗颱風能力之強固型溫室。開發開頂結構之溫室設施形式，利用自然對流方式減低夏季高溫，並研發不同透光性之設施被覆材料。二、環控技術升級：配合開頂溫室導入水牆風扇及微霧降溫技術，精準控溫以穩定作物生產環境。透過感測器之佈建，導入可由雲端即時監控溫室環境之ICT技術。另針對植物工場產業技術缺口，進行本土化感測器、養液管理系統及相關栽培機械研發。三、設施生產體系升級：開發離土栽培生產技術，立體化栽培體系關鍵技術，設施內病蟲害管理SOP及安全用藥模式，建立設施栽培作物之安全生產及周年栽培體系。配合「黃金廊道農業新方案」推動溫室設施省水灌溉技術，加強水資源利用效率，結合綠能發展高效節能之創新農產業及行動式植物工場生產模式，以建構高科技、節能、省水、高經濟價值之農產業。.

(3) 四、農業設施國際合作：配合政府推動「新南向」政策以建構農業設施整廠輸出營運服務模式，開拓新興市場。目前已在印尼及多明尼加建立示範性農業設施，進行東南亞國家市場供需調查、產業動態趨勢分析，建置熱帶/亞熱帶設施農業價值鏈，並藉由相關國際合作及能力建構，落實農業設施產業化之推動。在 4 年期計畫執行過程中，105 年尼伯特、莫蘭蒂及梅姬颱風相繼造成 2,500 公頃農業設施損害，經檢視設施毀損嚴重者多為結構材料強度不足或設計不當之簡易型溫網室，為保護蔬果生產及穩定供應，本所即刻邀集計畫相關研究人員組成設施技術服務團，以整合研究計畫所建構之能力，完成強固型溫室設施之設計，協助農委會自 106 年起的設施型農業計畫，以輔導推動興建 2,000 公頃強固型溫網室設施之目標。本計畫研究團隊目前已將相關研發成果整合於農業試驗所之設施農業驗證基地，期研究規模擴大至產業實際應用，提供農民、農企業及國外人士有關設施農業觀摩參訪據點。此外，同時參與農民學院溫網室設施環控及栽培管理技術課程，以培訓青年農民加入溫網室設施栽培行列。未來期能以設施品種加上專業栽培管理技術，再結合溫室工程軟硬體，全面建構設施型農業發展新方向。. 所長.

(4) 目錄溫室防颱結構材料技術研究 ......................................................................................................... 1 溫室內作物對風力通風影響之數值模擬 ..................................................................................... 9 單斜式溫室表面風壓之風洞試驗與數值模擬 ........................................................................... 17 溫室設計圖面建構與數值模擬分析應用 ................................................................................... 25 設施蘆筍省工管理及節水栽培模式建立 ................................................................................... 31 設施小果番茄節水灌溉 ............................................................................................................... 42 溫室用創新節能披覆材料開發 ................................................................................................... 47 溫室生產能源利用效率評估及餘能再利用技術之建立 ........................................................... 54 適用於熱帶改良型溫室之環境控制系統及應用綠能科技於補光模組之開發 ....................... 61 自動排汙過濾系統之研發及應用於設施廢水處理之研究 ....................................................... 66 設施栽培風光互補綠能電力支援與管理系統之加值化研究 ................................................... 71 建置節水灌溉與雨水收集循環利用處理系統之試驗研究 ....................................................... 77 黃金廊道移動式菇類植物工場 ................................................................................................... 86 開頂溫室控制系統及微霧降溫技術研究 ................................................................................... 91 設施內害蟲誘引排除裝置之開發與研究 ................................................................................... 98 蝴蝶蘭害蟲查詢糸統之運用 ..................................................................................................... 104 設施甜椒關鍵害蟲管理及安全生產模式之研發與應用 ......................................................... 109 The recirculated hydroponic system for strawberry nursery production in plant factorie .......... 114 Yield prediction of hydroponic grown lettuce base on nutrient uptake in plant factory ............. 125 Bioponics for lettuce production in plant factory with artificial lighting .................................... 133 Status of Plant Factory Industry and Recent Research in Taiwan ............................................... 142 Effects of OLED as light source to the growth and antioxidants-concentration of broccoli sprout ................................................................................................................. 155 Study on cultivated low-potassium lettuce (Lactuca sativa L.) in plant factory ......................... 161 不同栽培槽對設施瓜果類蔬菜生育之影響 ............................................................................. 173 設施青蔥生產改進研究 ............................................................................................................. 182 設施苦瓜栽培技術之研究 ......................................................................................................... 194 篩選適用甜椒栽培之微生物資材 ............................................................................................. 206 不同栽植方法與栽植方向對小果番茄之影響 ......................................................................... 216 稻殼在溫網室葉菜類蔬菜離地栽培之應用 ............................................................................. 221 補光對設施番椒生產之影響 ..................................................................................................... 228 設施內山葵氣霧耕生產之研究 ................................................................................................. 242 水簾設施在菇類產業之應用 ..................................................................................................... 252 溫室番木瓜矮化高產技術之研究 ............................................................................................. 259.

(5) 芒果設施栽培生產體系建置-臺南地區芒果簡易設施栽培體系建立 .................................... 264 設施夏雪芒果產調技術之評估 ................................................................................................. 272 運用智慧環控設施建立春石斛產期調節技術 ......................................................................... 280 文心蘭簡易設施栽培體系之研究 ............................................................................................. 287 小花蕙蘭簡易設施栽培技術建立 ............................................................................................. 295 薑荷花設施栽培技術建立 ......................................................................................................... 303 夏季遮陰對繡球花營養生長之影響 ......................................................................................... 309 切花火鶴盆植設施栽培技術 ..................................................................................................... 315 我國設施農業產業基礎資料建置與經濟效益推估 ................................................................. 321 越南與泰國設施農業市場與商機分析 ..................................................................................... 332 馬來西亞與印尼設施農業市場與商機分析 ............................................................................. 340 馬來西亞設施農業現況分析 ..................................................................................................... 347.

(6) 溫室防颱結構材料技術研究黃金川、楊順傑、鄭伊芬、黃宏群金屬工業研究發展中心. 一、摘要高溫、強風、暴雨為熱帶及亞熱帶地區常見的三大環境負荷。本研究提出了溫室抵抗環境負荷的設計原理與原則，並依造溫室所在地點的地形、地貌及強風暴雨之經驗數據，以進行溫室外部環境負荷抵抗設計，並考量溫室內的農作物所需的作業模式、需求空間動線及溫溼度參數進行溫室的內部環境控制設計，以完成溫室之總體規劃設計。本研究在溫室結構材料上，提出以材質優化、形狀設計、表面處理等三項材料製程設計與控制技術，以提升結構材料之結構強度、輕量化省成本及高耐蝕壽命性。並在溫室防颱強化上，提出結構強化、內部強化、外部強化及破風強化等四項防颱設計技術，以提升各種面對不同颱風等級時之防颱策略技術。關鍵字：溫室、輕量化、結構材料. 二、前言臺灣地處亞熱帶，常見氣候正為冬天天氣寒冷，東北季風強勁，夏天酷熱，颱風多，且暴雨頻繁。加上近年來全球的強烈氣候變遷，強風暴雨，已成為此地區之農作物栽培持續會面臨的嚴苛挑戰，往往強颱侵襲下溫室受損嚴重(如圖 1)。因此以溫室進行之農作物栽培，將可提供了較穩定的栽培環境，能提高產能及穩定的農作物供給模式。但溫室的結構須承受外部環境的強風暴雨侵襲，溫室的內部環境也須面臨劇烈熱能累積，相對於如荷蘭之溫寒帶溫室，這都是我國溫室設計所需面臨挑戰的特別課題。各型農業設施的外部結構，都會面臨嚴苛的天候因素挑戰。以臺灣溫室夏天所面臨最大的挑戰即是颱風的侵襲及瞬間的大雨，這對基於成本考量下非高安全係數設計的溫室有極大的傷害風險。加上臺灣溫室於沿海有大量的應用，故對耐蝕性亦有相當的考量。目前在臺灣使用之農業栽種設施會遭遇的外在因素包含靠近海邊沿岸的區域鹽分較重，金屬結構易受鹽害銹蝕，而靠近工業區的區域易受酸雨或化學物質侵襲，導致使用年限不長。內在因素則因為植物栽種的溫濕度環境需求，易造成栽種設施結構銹蝕。而農業投資仍為勞力密集獲利不易，故成本是一大重點。因此開發輕量化、高強度結構、高耐蝕性的臺灣特色之農業栽種設施及材料結構，極具有硏究開發價值，另施作容易度及成本控制也是考量之重點。. 1.

(7) 圖 1 溫室受颱颱風侵襲的受受損圖. 三、材材料與方法法先進農農業生產國國家，對農業業設施大部部分採較一般般建築為寬寬鬆之規定，並針對溫溫室訂定相關規規範，如美國國國家溫室室廠商協會結結構設計手手冊乃依據美美國建築法法規及美國國土木工程學會會標準，但但其與一般基基本建築物物之間有不不同載重係數數[1]；歐州州多國學者者進行溫室設計計研究，並並由歐州標準準化技術委委員會訂立立溫室結構與與設計標準準[2]；日本本施設園藝協會會出版園藝藝用設施之安安全構造基基準，但其中中設施之風壓壓力及地震震力仍依據據日本建築基準準法施行令令計算[3]。目前台台灣則以農農委會制定定六種農業溫溫室標準圖圖樣[4][5](如如圖 2)及內內政部公告告之建築物耐風風設計規範範及解說[6]]供參考使用用。台灣學學者專家對於於溫室結構構也有相關關之研究，對溫溫室也使用用有限元素分分析軟體進進行溫室結構構應力分析析，探討對抗抗風強度之之影響，也有使使用風洞實實驗研究溫室室的風力負負載[7][8]。隨著溫室的的防颱設計計迫切需求求，溫室的防颱颱研究也隨隨之興盛。本研究究提出在溫溫室結構材料料上，以材材質優化、形形狀設計、表表面處理等等三項材料料製程技術，以以提升結構構材料之結構構強度、輕輕量化省成本本及高耐蝕蝕壽命性。 3.1 溫室設設計的原則如如下： 1. 溫室的的功能以農作作物之栽培培為主要目的的，基於成成本考量，溫溫室設計非非如同住宅宅及工廠之之設計般具有有相當高的的安全係數，所以針對對溫室所將面面臨的環境境負荷需仔仔細的考量量設計與分析析，以同時時符合安全性性、成本性性與壽命性的的考量。 2. 溫室所所面臨的結構構負荷包含含自身之重力力負荷、大大自然之環境境負荷、及及氣候變遷遷所帶來的的新衝擊負荷荷。而這些些負荷的模式式又包含了了強度負荷、、變動負荷、衝擊負荷荷、反覆負負荷。溫室實實際所面臨臨的強風暴雨雨，跟地形形地貌有很大大的相互關關係，瞬間間的. 2.

(8) 陣風強度往往會超出氣象報告所能完整預測。而台灣地處亞熱帶，其所面臨的強風暴雨，已成為溫室設計所必須面對的嚴苛挑戰。 3. 溫室以封閉型式設計形成結構強度，但破壞均往往發生於一起點，而起點經常是弱點或奇異點，一旦破壞形成，則會造成連鎖的破壞，跟開始的封閉設計又會有相當的不同，故任何破壞的細節均是考量的重點。而任一材料的破壞模式主要有應力破壞、應變破壞、疲勞破壞，除了拉力、剪力、扭力等瞬間的力量形式，長期所受的疲勞破壞亦為考量重點。 4. 材料結構扮演的角色即要面臨負荷時的力量與變形之抵抗與傳遞。最適當的結構設計在於當負荷來臨時，能同時讓多項的材料元件去共同承擔這負荷，並可以將瞬間的負荷可順利地傳遞到地面，讓大自然的衝擊回到地球上。. UBP 圓頂塑膠型溫室. VBP 山型塑膠型溫室. SP 單斜背塑膠型溫室. UTP 圓頂力霸塑膠型溫室. VTP 山型力霸塑膠型溫室. WTG Venlo 力霸玻璃型溫室. UP 簡易溫室. LT 水平網室圖 2 溫室標準圖. LTP 加強型水平網室. 3.

(9) 3.2 溫室設計的主要考量因素： 1. 地理性：溫室座向、方位、地形、地貌都會影響風場流動，造成局部集中強風效應，導致溫室承受極大風壓。地質及地基結構，也因土壤富含水分造成鬆動，溫室支撐柱受強風吹襲將致移位。 2. 氣候性：颱風經過機率較高之區域，需提升溫室之耐風等級。暴雨之下之溫室排水槽設計須考量排水量及結構強度，尤其多連棟的溫室排水設計，以避免溫室屋頂積水增加結構負擔。 3. 結構性：溫室之材料結構與基礎之強度設計，需考慮變形、應力承受、抗彎強度等綜合考量，對連接件角色扮演，要確實掌握與落實。 4. 耐蝕性：溫室材料表面處理為防蝕處理之重要工作，化學性、物理性、電化學性腐蝕會造成結構材料腐蝕，使結構強度減弱，無法承受大型風壓。. 四、結果與討論 4.1 溫室強化與輕量化設計 1. 材料材質高強度化設計：提高材料性能可提高溫室之結構性優化，而以材料之合金強化、熱機處理的晶粒細化、應用塑性加工的變形硬化，均可以促進材料之結構強化與輕量化，但同時須經材料的屈服強度、抗張強度、抗彎強度測試以證明新材料結構之優勢。 2. 材料高剖面係數之優化設計：結構材料之型式優化是在不改變材料材質即可提升的新優勢材料設計，本項如與上項之結合，將可促進結構件的材質強化與剖面型式優化的同步強度提升。 3. 材料高耐蝕性設計：材料結構之耐蝕處理為提升高壽命性的關鍵，進行新材料的處理優化將包含鍍前處理、鍍層處理、鍍後處理、塗層處理，以提升設施農業應用的強化抵抗環境能力。 4.2 溫室抗颱強化設計溫室設計分析首在因地制宜、考量方位及周遭環境的可能風場評估。溫室設計考量之地理位置，包含周遭環境的方位、陽光、風場、排水。受損嚴重的溫室，往往只順應交通方便與農作需求，而忽略應有的防颱防風防水之危機。溫室格局方位須將可使強勢結構面去面對最危險入風路徑, 較弱結構面則需強化。. 4.

(10) 1. 結構組合強化：以科學化的溫室設計與分析方法、適當的元件材質選用與處理技術及正確的連結與施工方法，以提高溫室的可靠度與使用壽命。結構組合使用具有結構強度且耐振動的連接件，依溫室結構位置搭配合適之型材構件，可以使溫室達到耐 11 級風壓之結構強度。 2. 內、外部強化：對已建好之現有溫室及未來興建的溫室應進行防颱強化設計，增加溫室內、外部強化結構，於溫室圓頂結構增加補強梁並於外部支柱增加支撐桿，可提升溫室耐風壓等級由 11 級風增為 12 級風。 3. 破風強化：極高風險的颱風路徑經過區域之溫室，增加溫室破風牆或破風網等強化結構，可提升溫室耐風壓等級由 12 級風增為 13 級風。 4.3 防颱溫室工程分析溫室防颱設計之工程分析可依據以下步驟方法進行： 1. 針對溫室所在區域進行颱風路徑與機率分析：依據溫室預定設立位置，以大範圍縣市區域進行歷史颱風路徑分析，蒐集整理中央氣象局颱風資料庫之歷史資料，可得知縣市區域之颱風路徑經過方式及機率，並求得歷年颱風侵襲時之最大風速、最大陣風、最大雨量等，加以分析探討可得知縣市區域之可能風向、風力等級與颱風侵襲頻率。 2. 進行溫室側面與正面之受風力之風壓分布計算與分析：藉由溫室所在縣市區域之風場及雨勢資料，並以溫室設立周遭之地形地貌加以探討，以計算分析溫室側面與正面之承受風力與風壓分布。 3. 進行溫室受風等級提升一級之結構的電腦輔助工程分析：將溫室承受風力及風壓等級對溫室結構之影響，使用工程計算及模擬分析加以探討，並進行溫室承受風壓等級一級之性能提升。 4. 分析結構之應力應變圖及各部件之安全係數：藉由溫室工程計算及模擬分析，對溫室結構承受風壓後之應力應變進行分析，以求得溫室各部件之材料結構受力特性及相關安全係數。 5. 進行低安全係數之強化設計及過高安全係數部件之輕量化設計：依據溫室各部件之相關安全係數進行材料結構的強化設計，並對過高安全係數之部件進行輕量化設計，以求得適合之溫室零件。 6. 再提升風力級數一級，以再進行受風之結構電腦輔助工程分析：對於溫室部件之組合結構以受風特性進行電腦輔助工程分析，並改善修正部分材料結構強度，以提升溫室耐風力級數一級。 7. 當內部結構已經提升後，開始進行內部強化與外部強化的強化設計：. 5.

(11) 對於最最適化之溫室室材料結構構組合，進行行內部強化化與外部強化化之規劃，，預先準備備相關之部部件組合連接接設計，使使溫室在颱風風侵襲時能能承受較高之之風力級數數。 8. 再提升升風力級數一一級，以進進行強化設計計後之溫室室結構電腦輔輔助工程分分析：以溫室室內部強化與與外部強化化之材料結構構設計，進進行溫室結構構電腦模擬擬分析，以以提升溫室室承受風力級級數一級。 9. 當內部部強化與外部部強化設計計完成後，再再加載一級級風力等級進進行工程分分析：依據內內部強化與外外部強化設設計方式，提提高溫室部部件安全係數數再進行溫溫室性能提提升之工程程分析，使溫溫室性能能能承受加載一一級風力之之風壓。 10. 控制破破風強化設計計之破風密密度，以利進進行再加載載一級之防颱颱強化設計計：藉由增增加溫室破風風強化設計計，並分析控控制破風結結構之密度，可提升溫溫室防颱性性能與可承承受風壓，使使溫室防颱颱強化性能提提升一級。. 圖 3 溫室防防颱設計流程程圖. 6.

(12) 結構受力模擬分析溫室結構圖. 溫室承受風壓力圓頂變形. 內部強化. 內部及外部結構強化. 外部強化. 破風強化溫室結構強化圖. 破風牆增加溫室耐風等級至 13 級風壓. 溫室結構強化結構模擬. 溫室破風強化結構流場模擬. 圖 4 溫室防颱設計電腦輔助工程分析圖. 7.

(13) 五、結論本研究特針對台灣最常見的颱風侵襲抵抗，在溫室結構材料上，提出以材質強化、形狀優化、高耐蝕處理等三項技術，已成功提升結構材料之結構強度 30%以上、輕量化省成本 15%以上及高耐蝕壽命性 50%以上。並提出除結構強化以外，溫室之內部強化、外部強化及破風強化的防颱應變模式，建立在高成本效率下，面對強颱暴雨的彈性化的防颱設計，可成功提升防颱等級 2 級以上。. 六、參考文獻 1. ASCE/SEI 7-10, 2013, “Minimum Design Loads for Buildings and OtherStructures”, American Society of Civil Engineers. 2. EN13031-1, 2002, “Greenhouses-Design and construction. ”, The EuropeanStandard EN. 3. 日本施設園藝協會，1997，“園藝用施設安全構造基準(暫定基準)”， 4. 行政院農業委員會農糧署，2007，“農業用溫室標準圖樣及其結構計算書”，行政院農業委員會，農糧字第 0961062406 號。 5. 中華民國內政部，2014，”建築物耐風設計規範及解說”，內政部發布法規第 1030813291 號。 6. 林明仁、洪東奇，2008，“訂定農業用溫室標準圖樣及其結構計算書簡介”，農政與農情 97 年 2 月(第 188 期)。 7. 朱佳仁、林坦誼、楊智凱、劉明怡，2016，“半圓柱形溫室風壓係數之實驗研究”，農業工程學報。 8. 陳人豪、黃裕益，2016，“抗風型 UBP 溫室之建立”，國立中興大學碩士論文。. 8.

(14) 溫室內作物對風力通風影響之數值模擬朱佳仁、藍廷維、蔡仁凱國立中央大學土木工程學系. 一、摘要本研究利用風洞實驗及計算流體動力學模式研究溫室內作物對貫流通風之影響，研究成果發現作物會阻礙氣流流經溫室，通風量會低於無作物之溫室，而阻礙效應與作物的密度、孔隙率有關。數值模式可使用孔隙阻力模擬作物對氣流之影響，利用風洞實驗量得之風速可校驗孔隙阻力模式中之係數，因此數值模式可正確地預測溫室內部作物後方的風場，並可量化溫室風力通風之通風量。此外，研究結果顯示：室內的作物以及溫室開口的防蟲網，皆會減弱室內風速及通風量。而縱深長的溫室，因為室內的摩擦阻力，通風量小於縱深短的建築物。關鍵字：溫室，風力通風，計算流體動力學模式，風洞實驗，孔隙阻力. 二、前言臺灣地區夏季太陽輻射強、氣溫高，造成農業設施、溫室內部溫度過高，不適合作物的生長環境，故降低溫室內部溫度為溫室設計者及使用者必須考慮之因素(von Zabeltitz, 2011)。自然通風因為可以不耗費電力，廣為簡易型溫室所採用。但缺點是通風量隨室外大氣風速、風向、溫度而變，通風量不易控制(朱佳仁, 2006)。國外已有許多研究採用計算流體動力學模式(Computational Fluid Dynamics, CFD)研究溫室之通風與微氣候，如Reichrath& Davies (2002)及Norton et al. (2007)回顧了應用CFD於溫室的相關研究。一些國外的研究(Majdoubi et al., 2009;Bournet&Boulard, 2010)指出溫室內的作物及開口的防蟲網皆會阻礙氣流的流動，降低通風量。但這些研究並未定量地評估作物及防蟲網通風量的降低效果，而國內尚未有作物及防蟲網對溫室通風影響之研究。本論文利用風洞實驗以及計算流體動力學模式研究溫室內作物對風壓通風之影響，並建立一個以阻抗概念的通風模式，可預測內部有作物之溫室的風力通風量，供溫室業者估算溫室的自然通風量。. 三、材料與方法本研究利用中央大學土木工程系的大型風洞來研究山形屋頂溫室內外的風場，圖1為該風洞之影像圖。溫室模型以透明的壓克力板製成，尺寸如圖2所示，縮尺比為 1:20。模型前方的試驗段鋪設粗糙元、渦流產生器及阻牆製造入流流況成為紊流邊界 9.

(15) 層流。本研究使用熱線流速儀(IFA300, TSI Inc.)量測來流之風速剖面，自由流風速Uo = 13.7 m/s，邊界層厚度= 1.55 m，指數n= 0.20。在模型前方，屋頂(H = 0.24 m)處的風速UH = 10 m/s。溫室的表面風壓使用一台多頻道高頻率電子壓力掃瞄計(ZOC33/64PX, Scanivalve Inc.)量測建築物的表面風壓。實驗數據之取樣頻率為256 Hz，取樣時間為 60秒，每個量測點共有15360筆數據。在風向垂直於屋脊(風向角= 0o)狀況下，量測單棟與連棟溫室內部風速與表面風壓。. 風速計. 邊界層流. 溫室模型. 粗糙元. 電腦. H. 多頻道壓力掃瞄計. 轉盤. 圖1.中央大學環境風洞影像圖及實驗配置圖本研究亦採用大渦流模式(Large Eddy Simulation, LES)計算，控制方程式為連續方程式(Continuity eqn.)和那維爾-史托克(Navier-Stokes)方程式：. ∂u i =0 ∂ xi. (1).  ∂u ∂u j  ∂ρ u i ∂ρu i u j ∂P ∂  μeff  i + + =− + ρgδi3 + (2)  + f  ∂ x j ∂ xi  d ∂t ∂ xj ∂ xi ∂ xj     式中下標 i、j = 1，2，3 代表 x、y、z 方向， ui 為 i 方向之空間濾波後之速度， P 為壓力，t 為時間， ρ 為流體密度，g 為重力加速度，fd 為流體所受的阻力，eff 為有效黏滯係數，定義如下：. μeff = μ + μSGS. (3). 其中 μSGS 是次網格尺度之紊流黏滯係數，與剪應力、網格特徵長度：. (. μ SGS = ρ(Cs Δ s ) 2 2Sij Sij. ). 1/ 2. (4). 其中 Cs 為 Smagorinsky 模式參數，剪應變率(Rate of strain)： 1  ∂u ∂u j  Sij =  i +  2  ∂x j ∂x i . (5). 而 Δs 為空間濾波之尺度，與網格大小有關： 10.

(16) Δ s = ( ΔxΔyΔz)1/3. (6). 其中 Δ x 、 Δ y 、 Δz 分別為 x, y, y z 方向的的網格長度。。作物的阻阻力以下式計計算：. ρ f di. 2  ν (1 − n ) β (1 − n ) = ρ  −α 2 ui ui − 3 d n d n3 . 2.   . (7). 其中n為孔孔隙率，α、β分別為作 β 作物的滲透係係數(permeeability)和慣慣性係數(innertia factorr)， d為作物枝枝葉的特性長長度。CFD D模式配合適適當的邊界界和初始條件件，利用數數值方法計計算各個網格點點上的風速速及壓力。本本研究所使使用的計算域域和計算網網格如圖3所所示，網格格總數為1,172,634。最小小網格集中於於溫室周圍圍之區域，x = 0.01 m，yy = 0.01 m，z = 0.01 m， m 遠離溫室之之處計算網網格逐漸變大大，收斂標標準為10-5。四、結結果與討論圖4為為在風向角 = 0o(風向向垂直於屋脊脊)時，單棟棟山型溫室迎迎風面、背背風面外牆牆的風壓係數分分布圖，顯顯示迎風面牆牆的風壓皆皆為正壓，背背風面為負負壓，且CFD D模式預測測與實驗結果相相近。圖5為為單棟空溫溫室內部中心心線的水平平向風速剖面面圖，風速速以模型前前方 (不受溫室室干擾)屋頂高高度z = H處處的參考風風速UH = 10 m/s無因次次化。由此圖圖可看出迎迎風面開口處風風速稍小，氣流進入室室內後，風風速逐漸變大大。. 圖 2.山山形屋頂溫室室之示意圖圖與影像圖. 圖 3.山山形屋頂溫室室計算網格格之側視圖 11.

(17) (a)Windward wall. (b) Leeward wall 1.0. 1.0 0.8. EXP, without opening CFD, without opening CFD, with opening. 0.8. z/He. z/He. 0.6. 0.6. 0.4. 0.4. 0.2. 0.2. 0.0 0.0. 0.2. 0.4. 0.6. 0.8. 0.0 -1.0. 1.0. EXP, without opening CFD, without opening CFD, with opening. -0.8. -0.6. Cp. -0.4. -0.2. 0.0. Cp. 圖 4.單棟溫室外牆風壓係數比較圖(a)迎風面牆；(b)背風面牆 (b) x/L = 0.225. 0.5. (a) x/L = 0.075. 0.5. Wind. x. 0.4. 0.4. L. z/He. z/He. 0.3. 0.3. 0.2. 0.2 0.1. 0.1 0.0 0.0. Experiment CFD. 0.2. 0.4. 0.0 0.0. 0.6. 0.8. 1.0. Experiment CFD 0.2. 0.4. 1.2. 0.6. 0.8. 1.0. 1.2. U/UH. U/UH. (c) x/L = 0.45. 0.5. (b) x/L = 0.775 0.5. Wind. x. Wind. 0.4. x. L. 0.4. z/He. z/He. L. 0.3 0.2. 0.3 0.2. 0.1. Experiment. 0.1. CFD 0.0 0.0. 0.2. 0.4. 0.6. 0.8. 1.0. Experiment CFD. 1.2. 0.0 0.0. U/UH. 0.2. 0.4. 0.6. 0.8. 1.0. 1.2. U/UH. 圖 5.單棟溫室內部風速(a) x/L = 0.08; (b) x/L = 0.23; (c) x/L = 0.45; (d) x/L = 0.78 圖6為單棟山形屋頂溫室內部放置縮尺植物模型，用影像處理的方式可量測得單排作物的孔隙率n = 0.37，雙排作物的孔隙率n = 0.187，三排作物的孔隙率n = 0.126。圖7比較在風向角 = 0o 時，CFD預測與風洞實驗量測之單棟溫室中心平面上(x/L = 0.65, 0.775)處風速，比較之後發現當係數α= 50，β= 0.02最接近實驗結果。圖8為CFD 預測之溫室內有單排、雙排作物中心平面上風速向量圖，由圖中可看出：作物後方的. 12.

(18) 風速變小，雙排作物減弱風速的效果尤其明顯。. Wind 圖 6. 山形屋頂溫室內放置縮尺植物模型 (b) x/L = 0.65. (c) x/L = 0.775 1.0. 1.0 Exp., with vegetation CFD, α = 150, β = 0.05 CFD, α = 50, β = 0.009 CFD, α = 50, β = 0.09 CFD, α = 50, β = 0.02. 0.8. 0.6. z/He. z/He. 0.6 0.4. 0.4. 0.2. 0.2. 0.0 -0.2. 0.0. 0.2. 0.4. 0.6. 0.8. 1.0. Exp., with vegetation CFD, α = 150, β = 0.05 CFD, α = 50, β = 0.009 CFD, α = 50, β = 0.09 CFD, α = 50, β = 0.02. 0.8. 0.0 -0.2. 1.2. 0.0. 0.2. 0.4. 0.6. 0.8. 1.0. 1.2. U/UH. U/UH. 圖 7. 數值模式與實驗之開口中心線上水平向風速比較圖. (a) one-row of vegetation. 2.0. (b) two-row of vegetation. 2.0. U (m s-1). U (m s-1) 0.0. 0.0. 2.0. 2.0. 1.5. 1.5. 4.0. 4.0 6.0 8.0. 8.0. 1.0. z/H. z/H. 6.0 10. 1.0. 10 12. 12. 0.5. 0.0. 0.5. 4. 5. 6. 7. 0.0. 8. x/H. 4. 5. 6. 7. 8. x/H. 圖 8. 單棟山形溫室中心平面上風速向量圖(a)單排作物；(b)雙排作物圖9為由CFD模式結果計算溫室內單排、雙排及三排作物的通風量Q，作物的排數愈多，孔隙率愈小，阻滯效果愈大，溫室通風量愈小，室內有三排作物的通風量為空 13.

(19) 溫室通風量Qo的60%。圖10為單棟溫室開口裝有防蟲網的室內風速，防蟲網後方的室內風速皆小於無防蟲網之風速，網目數目愈大，風速愈小。圖11為CFD模式預測之雙棟及三連棟溫室中心平面上的風速向量圖，圖12為連棟空溫室開口處的通風量Q，溫室縱深L/H愈長，通風量Q愈小。 1.2 1.0. Q avg/ Q o. 0.8 0.6 0.4. no vegetation one-row of vegetation two-row of vegetation three-row of vegetation. 0.2 0.0 0.0. 0.2. 0.4. 0.6. 0.8. 1.0. 1.2. n. 圖 9.溫室內單排、雙排及三排作物的通風量 at x/L = 0.30. 0.6. mesh 16 mesh 24 mesh 32 mesh 48 no screen. 0.5. z/H. 0.4 0.3 0.2 Wind. 0.1. probe screen. z. screen. x. 0.0 0.0. 0.2. 0.4. 0.6. 0.8. 1.0. U/UH. 圖 10.單棟溫室開口有防蟲網的室內風速. 14.

(20) (b) two-span greenhouse. U (m s-1). 2.5. 0. 2.0. 2. z/H. 4. 1.5. 6 8. 1.0. 10 12. 0.5. 14. 0.0 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. x/H (c) three-span greenhouse 2.5. U (m s-1) 0. 2.0. 2 4 6. z/H. 1.5. 8 10. 1.0. 12 14. 0.5 0.0 4. 6. 8. 10. 12. x/H. 圖 11.雙棟及三連棟溫室中心平面上的風速向量 120. Q/Q0 (%). 100 80 60 40 20 0. Ventilation rate. 0. 2. 4. 6 L/H. 8. 10. 圖 12.連棟空溫室的通風量 15. 12.

(21) 五、結論臺灣地處熱帶與亞熱帶之間，夏季炎熱，因太陽輻射的緣故，農業設施內部氣溫高於室外氣溫，不利於作物的生長。因此，溫室設計者及使用者必須了解如何利用自然界的風力來降低溫室內部的溫度。本研究採用計算流體動力學CFD模式與風洞實驗研究山形屋頂溫室的風壓通風，並使用孔隙阻力模式模擬溫室內部作物對風壓通風之影響，然而孔隙阻力模式中的係數必須藉由風洞實驗量得之風速校驗。研究結果顯示：風壓隨著溫室外型而變，不隨室內是否有作物而變。作物的排數愈多，孔隙率愈小，阻滯效果愈大，溫室通風量愈小，室內有三排作物的通風量為空溫室通風量Qo的60%。同樣地，溫室開口裝有防蟲網後，室內風速減弱，通風量變小。而縱深長的溫室，因為室內的摩擦阻力，通風量小於縱深短的建築物。. 六、參考文獻 1.. 朱佳仁 (2006) 風工程概論，科技圖書出版公司印行。. 2.. Bournet, P.-E. & T. Boulard. 2010. Effect of ventilator configuration on the distributed climate of greenhouses: A review of experimental and CFD studies. Computers and Electronics in Agriculture 74, 195-217.. 3.. Majdoubi, H.,T. Boulard, H. Fatnassi,& L. Bouirden. 2009. Airflow and microclimate patterns in a one-hectare Canary type greenhouse: An experimental and CFD assisted study, Agri. and Forest Meteorology, 149, 1050–1062.. 4.. Norton,T., D.W. Sun, J. Grant, R. Fallon, & V. Dodd. 2007. Applications of computational fluid dynamics CFD in the modeling and design of ventilation systems in the agricultural industrial: A review. Bioresource Technology 98, 2386-2414.. 5.. Reichrath,S. & T.W. Davies. 2002. Using CFD to model the internal climate of greenhouses: past, present and future. Agronomie 22, 3-19.. 6.. Von Zabeltitz, C. 2011. Integrated Greenhouse System for Mild Climate: Climate Conditions, Design, Construction, Maintenance and Climate Control. Springer-Verlag, Berlin.. 16.

(22) 單斜式溫室表面風壓之風洞試驗與數值模擬朱佳仁、藍廷維、蔡仁凱國立中央大學土木工程學系. 一、摘要本研究利用風洞實驗及計算流體動力學模式研究單斜式溫室的表面風壓，以作為溫室結構耐風及通風設計之用。數值模式模擬之結果十分接近風洞實驗量測之風壓係數。且研究結果顯示：溫室迎風面風壓不受溫室縱深的影響，但縱深短的單棟溫室背風面的負風壓較長縱深的連棟溫室背風面的負風壓大，且連棟溫室屋頂的最大負壓發生於的第二棟溫室屋頂處，風向為180度時屋頂的負風壓大於風向為0度時屋頂的負風壓，設計溫室結構的抗風強度時必須注意其風壓係數之變化。關鍵字：單斜式溫室，表面風壓，計算流體動力學模式，風洞實驗. 二、前言臺灣地處西太平洋颱風區，風災頻繁，農業設施常受颱風之強風吹襲而損壞。因此設計農業設施，必須考量溫室結構所承受的風壓分布以及風力負載。但溫室外部的風壓力隨著溫室外型、風速、風向而有所不同，往往需要藉由風洞實驗量測而得。此外，溫室的通風可藉由室內、室外的壓差造成空氣的流動，進而影響溫室內部的溫度、濕度分布。因此溫室的環境控制中，通風的控制為其中重要的一項。換言之，溫室與風相關的問題有兩類，第一為溫室結構設計時，需要知道強風來襲時溫室的風力負載；第二類為平時，以自然風場的風力，造成溫室的通風，有利於作物的生長。這兩類的問題皆需要瞭解溫室內外的風場，而溫室風場、熱量及質量的傳輸現象的研究可採用現地量測、風洞實驗和計算流體動力學模式等方式，各有其優缺點，以下分述之。若針對一棟真實的溫室在現地監測其內外的氣候狀況是瞭解溫室微氣候最直接的方式，所獲得量測數據是最具說服力，故以往大多數的溫室實驗都是在現地進行。但現地量測的缺點是會影響溫室氣候條件的因素太多，譬如風速、風向、輻射、氣溫、濕度等氣象參數與時俱變，需要在溫室內外多點設置儀器同時且長時間監測，因此需要的經費較高。且其結果隨著溫室的型式及開口而不同。換言之，影響溫室氣候狀況的因素太複雜，往往不易由現地監測數據深入瞭解溫室微氣候的主要機制及關鍵參數。. 17.

(23) 計算流體動力學(Computational Fluid Dynamics, CFD)模式乃是將計算域內的空間格網化，依據連續方程式(Continuity eqn.)、那維爾–史托克(Navier-Stokes eqns.)方程式、熱傳方程式(Heat transfer eqn.)及擴散方程式(Diffusion eqn.)，配合適當的邊界和初始條件，利用數值方法計算各個網格點上的風速、溫度、濕度及其他物質的濃度等。此法的優點為可以計算出整個流場的細部變化，且所需經費低於現地監測與風洞實驗，因此廣泛應用於各種風場問題。但CFD的缺點為模式複雜，且計算量大，需要大量的計算資源(電腦容量、記憶空間)。且模式的計算結果會受到數值模式的設定的影響，譬如紊流模式、模式參數計算範圍、網格大小、邊界和初始條件、收斂標準等因素。若設定參數不正確，往往得到似是而非的模擬結果，因此計算結果必須與相同流況之實驗數據嚴謹地比對，以確保CFD計算結果的正確性，方能應用於各種溫室內外風場之模擬(Tominaga et al., 2008; Chu et al., 2017)。國外已有許多個應用計算流體動力學(CFD)模式計算溫室通風的研究，譬如Reichrath& Davies (2002)，Norton et al. (2007)及Bournet&Boulard (2010)等完整地回顧了應用CFD於溫室微氣候的研究之相關論文。風洞實驗的優點是控制性佳，可重複性高，可以在風洞實驗室內，針對特定的溫室建築，製作縮尺模型，在恆定的風速、風向下，控制流場參數來進行一系列的實驗，以瞭解來流場參數對溫室風壓、通風量的影響，做學理上的探討(Chu et al., 2009)。且儀器設備量測較精準，因此量測得之數據可供數值驗證之用。但風洞實驗的缺點是儀器設備較昂貴，並非每個大學、研究單位皆有。. 三、材料與方法本研究利用中央大學土木工程系的大型環境風洞(見圖1)來研究溫室內外的風場，此風洞全長30 m，試驗段長18.5 m，寬3.05 m，高2.1 m，最高風速可達20 m/s。溫室模型以透明的壓克力板製成，模型縮尺比 1:20，高度0.20 m，寬度1.0 m，深0.40 m，如圖2所示。同一外型的溫室模型共三個，一個無開口(密閉)模型，溫室模型表面設有壓力孔，可量外牆風壓。兩個有開口模型，可量測室內風速。三個模型可分開使用，量測單棟之風速、風壓；亦可併在一起量測二連棟或三連棟之風速、風壓。模型放置於風洞試驗段的轉盤上，可轉動轉盤模擬不同風向角度下的狀況。本研究利用風洞實驗探討溫室的表面風壓與室內外風場，模型前方的試驗段鋪設粗糙元、渦流產生器及阻牆以加速邊界層流之發展。量測方法採用皮托管來量測遠離建築物處的參考風速，使用定溫式熱線流速儀(IFA300, TSI Inc.)和二維X-type探針量測量測風洞內的紊流風速，使用一台多頻道高頻率電子壓力掃瞄計(ZOC33/64PX, Scanivalve Inc.)量測建築物的表面風壓。實驗時，壓力模組放入建築物模型內部，壓. 18.

(24) 力管線是由內徑1.0 mm PVC管連接模型量測點至壓力模組上的壓力輸入埠，壓力模組再接入電子式壓力掃瞄器。量測得之溫室表面壓力可計算無因次之壓力係數(Pressure coefficient)：. Cp =. P − Po (1) 0.5ρU2H. 式中 P 為模型表面的時間平均壓力，Po為參考壓力，UH為屋頂高度處的風速， ρ 為空氣密度。. 圖 1.中央大學環境風洞之影像圖. 單位: mm 60 600 150 600. 240 80 80. 1000 360. 圖2.單斜式溫室之影像圖與示意圖 19.

(25) 四、結結果與討論論地表的的風場屬於於邊界層流，，故風洞實驗驗中溫室前前方的來流流流場必須接接近真實的的風場。圖3為為風洞內來流流的時間平平均風速及紊紊流強度剖剖面，邊界層層厚度= 1.555 m，指數n n= 0.20。在模模型屋頂(H = 0.24 m)處處的風速UH = 7.2 m/s，，紊流強度IIu = 21.8%、、Iw = 12.0% %，顯示入流流流況為紊流流邊界層流。 1.2. (a) Measured mean velocity Power law Logarithmic profile. 1.0. Measured Iu Measured Iw Regression Iu Regression Iw. 1.0. 0.8. 0.8. 0.6. z/δ. z/δ. (b). 1.2. 0.6. 0.4. 0.4. 0.2. 0.2. 0.0 0.0. 0.2. 0.4. 0.6. 0.8. 1.0. 0.0. 1.2. 0. 5. 10. U/Uo. 15. 20. 25. 30. Iu, Iw (%). 圖 3.風洞中中邊界層流之之垂向剖面面圖(a)時間間平均風速；(b)紊流強強度單棟單單斜式溫室室計算網格如如圖4所示，最小網格格集中於溫室室周圍之區區域，遠離離溫 o 室之處計算算網格逐漸漸變大。圖55為在風向角角 = 0 (風風向垂直於屋屋脊)，單棟棟溫室內部部中心線的水平平向風速剖剖面圖，此圖圖顯示CFD D模式預測與與實驗結果果相近，但接接近地面處處風 o 速CFD預測測略小於實實驗結果。圖圖6為在風向向角 = 0 單棟單斜式溫單溫室中心線線上外牆及及屋頂的時間平平均風壓係係數，由此圖圖可看出迎迎風面牆的風風壓為正壓壓，風壓係數數Cp介於0.40 ~ 0.70之間間；迎風面屋屋頂的風壓壓係數為負值值，風壓係係數介於Cp= -0.10 ~ -00.50之間；背風面牆的風風壓係數亦亦為負值，風風壓係數介介於-0.40 ~ -0.50之間。除了迎風面面牆CFD預預測之風壓略大大於實驗結果果，迎風面面屋頂以及背背風面牆風壓壓預測結果均果均與實驗結結果相近。. 圖 4.單斜斜式屋頂溫溫室計算網格格之側視圖圖 20.

(26) 0.4. (a) x = 7 cm. 0.4. (b) x = 17 cm Exp., without plant CFD., without plant. 0.3. 0.3. 0.2. 0.2. z/H. z/H. Exp, without plant CFD, without plant. 0.1. 0.1. 0.0 0.0. 0.2. 0.4. 0.6. 0.8. 1.0. 0.0 0.0. 1.2. 0.2. 0.4. 0.4. 0.6. 0.8. 1.0. 1.2. U/UH. U/UH. (c) x = 26 cm Exp, without plant CFD, without plant. z/H. 0.3. 0.2. 0.1. 0.0 0.0. 0.2. 0.4. 0.6. 0.8. 1.0. 1.2. U/UH. 圖5.單棟單斜溫室在風向角= 0o溫室內部風速剖面 (a) x = 7 cm；(b) x = 17 cm； (c) x = 26 cm. (a) Windward facade. 1.0 0.8. 0.8. x'/L. z/He. 0.6. Wind α = 0. 0.6. o. X’. 0.2. 0.2. He. 0.2. 0.4. 0.6. 0.8. 0.0 -0.8. 1.0. Cp. 1.0. Exp, Single CFD, Single. 0.4. 0.4. 0.0 0.0. (b) Windward roof. 1.0. Exp, Single CFD, Single. Wind. -0.6. -0.4. Cp. -0.2. 0.0. (c) Leeward facade Exp, Single CFD, Single. 0.8. z/H. 0.6 0.4 Wind α = 0. 0.2 0.0 -0.8. o. H. -0.6. -0.4. -0.2. 0.0. Cp. 圖 6. 風向角= 0o 單棟單斜式溫室中心線上牆面與屋頂的時間平均風壓係數 (a)迎風面牆；(b)迎風面屋頂；(c)背風面牆 21.

(27) 圖7為在風向角 = 0o和180o雙棟單斜式溫室屋頂的時間平均風壓係數，由此圖可看出：風向角180o 溫室屋頂的風壓係數屋頂的負值大於風向角0o 溫室屋頂的風壓係數。且數值模式預測結果與實驗結果相近。圖8單斜式溫室中心線上時間平均風壓係數分佈，風向角0o時迎風面第二棟溫室屋頂負風壓大於第一棟與第三棟的負風壓，且三連棟溫室，在風向角180o時的負壓力大於風向角0o時負壓力，設計溫室結構的抗風強度時必須注意其風壓係數之變化。. (a) Windward roof. 1.0. Exp, Single Exp, Two-span, first. 0.6. x'/L. x'/L. Exp, Single Exp, Two-span, first. 0.8. 0.8. 0.6 0.4. 0.4 0.2. (b) Windward Roof. 1.0. Wind. 0.0 -1.0. 0.2. X’. -0.8. -0.6. -0.4. -0.2. 0.0 -1.0. 0.0. Wind. -0.8. -0.6. -0.4. x’. -0.2. 0.0. Cp. Cp. 圖 7. 雙棟單斜式溫室中心線上迎風面屋頂的時間平均風壓係數 (a)風向角 = 0o；(b)風向 = 180o. 五、結論臺灣地處西太平洋颱風區，風災頻繁，農業設施常受颱風之強風吹襲而損壞，因此在設計農業設施、溫室的結構強度時必須考量其風力負載。而溫室的通風往往會影響溫室內部的溫度、濕度以及作物的生長。本論文採用計算流體動力學CFD模式與風洞實驗來探討連棟單斜式溫室的表面風壓，結果顯示：CFD與風洞實驗所得之溫室內部風速、外部風壓皆十分相近。且溫室表面風壓隨著溫室外型、風向而變。研究成果亦發現：迎風面壓力值與溫室長度無關，但單棟、短縱深溫室背風面的負風壓較長縱深的多跨度、連棟溫室背風面的負風壓大，且連棟溫室屋頂的最大負壓發生於的迎風面第二棟溫室屋頂處，風向角為 =180度時屋頂的負風壓大於風向角為0度時屋頂的負風壓，設計溫室結構的抗風強度時必須注意其風壓係數之變化。. 22.

(28) 2.5. Cp. -0.30 -0.10. 2.0. -0.90 -0.70 -0.50 -0.30 -0.10 0.10 0.30 0.50 0.70. z/H. -0.30. 1.5 -0.30. 1.0. -0.50 -0.50. -0.30 -0.90. 0.5. -0.50 -0.50. -0.90. 0. -0.50. -0.50. 0.0 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. x/H. 2.5. Cp. 2.0 1.5. z/H. -0.90 -0.70 -0.50 -0.30 -0.10 0.10 0.30 0.50 0.70. -0.30. -0.50. -0.10. 1.0 -0.30 -0.90. 0.5. 0.30 -0.50. -0.50. 0.0 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. x/H. 2.5. Cp -0.90. 2.0. -0.70 -0.50. -0.50 0.10. 1.5. z/H. -0.70. -0.30. -0.50. -0.10. -0.90. 0.10 0.30. 1.0. -0.90. 0.30. -0.70. -0.70. 0.50 0.70. 0.70. -0.10. 0.5 0.30. 0.0. -0.10. -0.50. 0.50. 4. 6. 8. 10. x/H. 圖 8.單斜式溫室中心線上時間平均風壓係數分佈圖 (a)雙棟風向角 0o；(b)三連棟風向角 0o；(c)三連棟風向角 180o. 23.

(29) 六、參考文獻 1. Bournet, P.-E. and T. Boulard. 2010. Effect of ventilator configuration on the distributed climate of greenhouses: A review of experimental and CFD studies. Computers and Electronics in Agriculture 74, 195-217. 2. Chu, C.-R. Chiu Y.-H., Chen Y.-J., Wang Y.-W., C.-P.Chou. 2009. Turbulence effects on the discharge coefficient and mean flow rate of wind-driven cross ventilation. Building and Environment 44, 2064-2072. 3. Chu, C.-R., & Chiang, B.-F. 2013. Wind-driven cross ventilation with internal obstacles. Energy and Buildings, 67, 201-209. 4. Chu, C.-R., Lan, T.W.,Tasi, R.K.,Wu, T.R., C.K.Yang. 2017. Wind-driven natural ventilation of greenhouses with vegetation, Biosystem Engineering, In press. 5. Norton,T., Sun, D.W., Grant, J. Fallon, R., and V. Dodd. 2007. Applications of computational fluid dynamics CFD in the modeling and design of ventilation systems in the agricultural industrial: A review. Bioresource Technology 98, 2386-2414. 6. Reichrath,S. and T.W. Davies. 2002. Using CFD to model the internal climate of greenhouses: past, present and future. Agronomie 22, 3-19. 7. Tominaga, Y., Mochida, A., Yoshie, R., Kataoka, H., Nozu, T., Masaru, Y., T. Shirasawa. 2008. AIJ guidelines for practical applications of CFD to pedestrian wind environment around buildings. J Wind EngIndAerodyn. 96, 1749-1761.. 24.

(30) 溫室設計圖面建構與數值模擬分析應用黃國祥*、陳俊仁*、李易樺** * 農業試驗所農業工程組助理研究員 ** 農業試驗所農業工程組研究助理. 一、摘要台灣位處於亞熱帶，夏季經常有颱風侵襲，冬季則有東北季風影響，近年來由於全球暖化與氣候變遷，致使強風與豪雨對作物栽培的威脅愈來越嚴重，故國內應用溫室進行農業生產將為未來趨勢。本研究調查並彙整國內溫室常用種類、型式，並以國內大量使用的溫室中，選擇具發展潛力的溫室型態，進行溫室標準圖面更新與數值模擬方法之建立。整合跨領域研究團隊的過程中，目前已完成簡易溫室之標準圖樣草案，並繪製簡易溫室之詳細圖，提供農民選用準則，為爾後本土溫室產業發展及主管機關訂定標準圖樣之參考。另外運用計算流體力學與結構力學之流固耦合模擬方法，建構溫室外部風場與結構強度的模擬分析流程，並以縮尺模型的風洞試驗來驗證數值模擬結果是否合理，也藉由數值化模擬分析技術的建立，進而對溫室結構接合元件、內部桁架與外部結構強化進行研究改良，初擬簡易溫室設計規範與資材標準化等資訊，協助提升簡易溫室的設計能力與製造技術。關鍵詞：溫室結構、流固耦合分析、結構元件. 二、前言台灣現有簡易溫室結構型式多樣且水準參差不齊，製造承作業者搭建溫室皆以經驗法則來選用材料以及慣用工法來施作，並未對於溫室結構之抗風性或變形量進行學理探討與原則設計。而簡易溫室大量被使用於國內各蔬果產地，每當颱風季節到來，往往造成搭建不良之溫室產生損壞，應該具有保護作物功用的溫室，反而造成農民的更大的負擔。故本研究應透過對溫室結構與的適當設計與改善，減少溫室遭遇強風所產生的危害。因此研究中包含抗風型結構溫室設計及標準圖繪製，溫室外流場模擬與結構接合元件改良設計之建立，應用數值模擬分析技術建立溫室外部流場與結構強度之最佳化設計、結構接合元件受力分析及資材標準化等內容。玉城磨(2011)針對西南島嶼的園藝設施於颱風後的損害進行調查，並分成四種損壞情形(1)混凝土基礎破裂(2)立柱底部破裂(3)主樑斷裂或鬆動(4)焊接區斷裂；為防止樑變形提出鋼繩加固的方法，並利用桁架結構分散整體結構受力[1]。森山英樹(2008) 針對關東地區的北部沿岸農業設施於颱風後的損害調查，強風造成的破壞在於迎風面之拱架變形與基礎破壞後的向上拉拔力[2]。豐田裕道、森山英樹等人(1998)研究園藝 25.

(31) 溫室耐風設計於風災後的調查狀況，結果顯示園藝設施抗風設計需考量骨架結構接合外，亦需考慮批覆材的強度，同時基礎部件的接合由於接近地面，防銹作業亦需注意 [3]。張、黃等人(2016)調查台灣溫室遭受颱風侵襲後農業設施損害情況，其破壞可分為披覆材破損之輕度損害與結構彎曲斷裂為重度損害，另分析損壞成因，可發現由管材等接合元件破壞案例較多[4]。張(2013)以建築物耐風設計規範及有限元素分析軟體，進行溫室內部桁架結構耐風能力模擬分析[5]。Yukio Tamura 和 Akira Katsumurae(2012) 針對等效靜態風荷載(ESWL)的分佈進行研究，並討論 ESWL 的基本要素與必要條件，比較不同屋頂類型的最大荷載效應[6]。Yasushi Uematsu、Fumio Arakatsu 等人(2009) 應用風洞驗證雙曲拋物面屋頂之風壓係數，根據風力與力矩的關係，提出了主抗風力系統的風壓係數，其中假設屋頂為剛性，其軸向力為風荷載的主要負荷效應[7]。喻萌(2007)應用有限元分析軟體 ANSYS 對輸流管在不同約束條件下進行流固耦合模擬計算，得到輸流管壁負載時之徑向位移、應力與支點反作用力等數值，可應用於管道系統的最佳化設計[8]。陳、朱等人(2014)為驗證複合材料螺旋槳流固耦合算法之正確性，應用 ANSYS/CFX 針對螺旋槳建立流體與結構模型，實現雙向流固耦合穩態求解，結果顯示數值計算符合試驗數據[9]。朱、林等人(2016)使用風洞實驗研究半圓形隧道式溫室的風力負載，研究結果發現最大風壓皆發生於溫室頂部，且其風壓係數符合建築物耐風設計規範及解說所建議之風壓係數[10]。. 三、各項成果說明 3.1 建立設施結構標準圖與元件資料蒐集並試驗常用之市售結構錏管規格尺寸(表 1)，及建立簡易設施拱架主柱之規格代號表，參考國內外法規以及溫室結構相關資料，以 3D 繪圖軟體繪製溫室主體結構、內部桁架與外部強化結構，並通過土木結構技師檢核，檢核內容依照建築技術規則、建築物耐風設計規範等標準進行結構計算，爾後完成簡易溫室結構暨施工參考圖 (圖 1)，提供農委會相關單位公告此參考圖，協助農政單位輔導農民搭建改良設計之溫室。新設計之 U 型錏管圓屋頂溫室於抗風級數 11 級風下，可減少成本約 5%，並提升抗風力約 4%。反之若增加 10%成本，則可提升至抗 15 級之颱風。本研究除進行整體溫室的流場與結構分析外，另將結構接合元件部份分為桿件與桿件之間的接合，以及披覆材料與桿件之接合這二類來探討。在桿件與桿件間接合部份，以彈簧夾固定錏管之夾持力進行拉力實測，探討其受拉力與位移量之相關性，作為改善簡易溫室結構耐風強度參考。本研究建構一拉力試驗平台以實際量測彈簧夾固定於錏管上的夾持力，量測數據顯示彈簧夾短桿與長桿對錏管的平均最大夾持力分別為 10.93kg、7.18kg；若彈簧夾處於未固定錏管之無負載狀態下進行夾持力量測，彈簧夾短桿與長桿對錏管的平均最大夾持力分別為 8.34kg、2.67kg。另外以相同之固定條件進行 1kg 至 20kg 拉力與位移之間的關係，當拉力未超過最大夾持力前，短桿與長桿承受拉力之平均位移量分別為 0.066mm/kg、0.101mm/kg；拉力超過最大夾持力後，短桿與長桿的平均位移量則為 0.919mm/kg、2.191mm/kg，此數值變化與彈簧夾 26.

(32) 的彈簧剛度(k)有關，在固定位移下 k 值越大的彈簧，其拉力或推力的力量會越強，因此當彈簧夾受拉力超過最大夾持力時，將使短桿與長桿之 k 值皆大幅下降約 49%。試驗結果顯示彈簧夾長桿受力超過 7kg 時產生位移，超過 12kg 後長桿將脫離錏管，當長桿脫離錏管後，短桿對錏管的夾持力也隨之下降，後續將造成彈簧夾固定失效，進而破壞整體結構的穩固性。另外披覆材料與結構接合之分析建立在接合元件足夠強之假設條件下，先建立簡化之模型，參考”建築物耐風設計規範與解說”設定溫室各牆面的承載風壓，並將受力藉由擠壓干涉傳遞至結構桿件之狀態分析，而結構承載之受(應)力分布更可進一步作為接合元件機械強度分析時之設定，並協助接合元件開發設計之條件。表 1. 結構錏管規格尺寸構件錏管骨架脊樑主管桁條直管山牆面管山牆面兩側主管. 尺寸(mm) 鋼管外徑 48.6、厚度 1.8 鋼管外徑 21.2、厚度 1.5 鋼管外徑 21.2、厚度 1.5 鋼管外徑 48.6、厚度 1.8 鋼管外徑 75.6、厚度 2.3. 降伏抗拉強度 (kgf/cm2). E(kgf/cm2). 單位重(tf/m3). 3500. 2040. 7.85. 3500. 2040. 7.85. 3500. 2040. 7.85. 3500. 2040. 7.85. 3500. 2040. 7.85. 表格來源：UP-540 簡易溫室結構計算書. 圖 1. 簡易溫室結構參考圖 3.2 應用流固耦合技術於設施抗風結構分析本研究將應用流固耦合(Fluent Structure Interaction, FSI)分析來探討外部流場對溫室結構之影響。本結構強度分析建立在接合元件足夠強之假設條件下，應用有限元素分析軟體模擬自由流風之溫室外部流場，並以受風影響之溫室表面風壓傳遞至結構桿件的狀態分析，並將模擬風壓值與”建築物耐風設計規範”進行比較分析，確認模擬結果尚符合規範之標準。模擬結果顯示，除屋頂中央區外，其餘牆面的風壓值皆小 27.

(33) 於規範值，建築規範之拱形屋頂風壓值略低於模擬值約17%，背風面則因渦流產生而流速降低並提高壓力(圖2)；溫室結構強度分析於最大風級數13級風時，其最大位移在迎風面屋頂中央區達91.6mm，其次為右側山牆面位移達70.1mm，整體結構在中央拱架底部有最大應力值656MPa，屋頂結構接合處約有219MPa至260MPa的應力集中 (圖3)。本研究運用流固耦合分析之有限元素數值模擬方法，模擬溫室外部流場、表面風壓與結構位移趨勢及應力分布狀況，藉由發展溫室抗風結構的數值化模擬分析技術，確立簡易溫室數值化模型設計參數原則，達成快速分析簡易溫室結構抗風強度之目的。. 圖 2. 表面壓力分布與流場速度分布(溫室流場). 圖 3. 結構位移量分布與結構應力值分布(溫室結構). 28.

(34) 3.3 分析風災設施破壞原因並撰擬輔導文件針對颱風造成國內中南部及東部溫網室造成重大損失，蒐集分析受損原因，並蒐集國內設施形式及搭建工法資料，撰寫設施防災防熱文件、設施搭建施工注意事項。產業服務方面為： (1)配合設施服務團任務完成26件重建設施圖面檢視。 (2)提供農政單位設施搭建注意事項文件、搭建業者名單。 (3)參與設施搭建課程授課。 (4)委辦簡易設施結構計算。產業效益方面為： (1) 簡易式溫室結構快速結構分析方法與外流場受力分析方法。 (2) 接合元件型式調查與相關試驗，為材料與組件標準化之基礎。 (3) 建立施工注意事項供農民參用，提升設施搭建品質。. 四、結論溫室設計建造時，需考慮因地制宜的格局方位分布設計、結構設計、構件材料、基礎設施、搬運組裝、構件連結、使用維護等要項，相關之影響環節眾多，依據學理分析及實測驗證加以歸納統整，可以減少不確定因素，降低溫室損毀的風險及機率。本研究將設施結構、設施使用金屬材料、設施內外風場之問題進行研究與試驗，並建立電腦輔助設計與模擬方法，研發能量已大幅提升，而風洞試驗、金屬材料計畫則引進學界能量進入農業設施研究，所以本研究團隊為 105 年成立之設施技術服務團成員，已提供設施參考圖、設施搭建注意事項等政策之參用文件，後續更將應用所建立之研究能量協助國內農政單位建立設施規範，以輔導設施業者技術升級並減少設施風災損壞之現象。. 五、參考文獻 1. 玉城磨。2011。西南諸島園藝設施因應颱風對策之研究。博士論文。日本琉球大學大學院理工學研究科。 2. 森山英樹。2008。溫室受風害與雪害之設計研究與改良。博士論文。日本筑波大學大學院生命環境科學研究科。 3. 豐田裕道、森山英樹、瀨能誠之、前川孝昭。1998。園藝用塑膠布溫室之特性於風災後案例分析。農業設施學會研討會。29卷1號。 4. 張金元、黃國祥、林建志、徐武煥。2016。溫室管夾結構分析之研究。2016農機與生機學術研討會。 5. 張金元。2013。應用耐風設計規範分析簡易設施結構之研究。102年度農業工程與. 29.

(35) 自動化計畫成果研討會論文集。P.20-P.25。 6. Yukio Tamura, Akira Katsumurae. (2012). Universal equivalent static wind load for structures. The Seventh International Colloquium on Bluff Body Aerodynamics and Applications. Shanghai, China. September 2-6. 7. Yasushi Uematsu1, Fumio Arakatsu, Satoru Matsumotoand Fumiyoshi Takeda. (2009). Wind force coefficients for the design of a hyperbolic paraboloid free roof. The Seventh Asia-Pacific Conference on Wind Engineering. Taipei, Taiwan November 8-12. 8. 喻萌。2007。基於ANSYS的輸流管道流固耦合特性分析。中國艦船研究。2(5)： 54-57,67。 9. 陳悅、朱錫、周振龍。2014。考慮鋪層的複合材料螺旋槳流固耦合計算及驗證。船海工程。43(2)：57-61。 10. 朱佳仁、林坦誼、楊智凱、劉明怡。2016。半圓柱形溫室風壓係數之實驗研究。農業工程學報。62(3)：63-73。. 30.

(36) 設施蘆筍省工管理及節水栽培模式建立謝明憲*、陳水心*、郭明池、林經偉**、鍾瑞永** * 臺南區農業改良場義竹工作站 ** 臺南區農業改良場作物環境課. 一、摘要蘆筍為高經濟價值作物，設施蘆筍生產不僅可穩定生產，且有提升產量及品質效益，也具高收益潛力。但因欠缺有經驗技術之勞工及最適化灌溉管理技術為設施蘆筍之主要生產困境，因此迫切需要導入省工作業機具及節水灌溉等技術，以提升產品品質及良品率。歷經2年試驗，研究成果計有導入土壤EC值及水分感測器應用，依據蘆筍不同生育期，建立最適水養分供給模式。設施蘆筍應用穩定養液之嫩莖產量及鮮嫩度品質穩定性均顯著高於溝灌組，且滴灌需水量低於50%溝灌用水量。導入綠籬機+ 背負型圓盤鋸齒式割草機割除母莖，再應用經修改刀具之碎枝機就地碎化母莖，作業效率較人工處理組分別提升2.5及20倍以上，推廣應用將可解決每年春夏秋三產季前需割除及移除母莖之人力不足問題。關鍵字：蘆筍、設施、省工、滴灌. 二、前言臺灣蘆筍產業發展從早年以生產白蘆筍及加工製罐供應外銷，罐頭出口量雖在 1980年曾佔世界蘆筍罐頭貿易量70%以上(6)。之後為因應全球貿易轉換，已改變生產綠蘆筍供應內銷鮮食。但產業因露天生產易受天候影響、工資上揚及採收難以機械化，生產面積逐年減少，自1997年起均大量進口生鮮綠蘆筍供應國內市場所需，從2001 年起至2016年間超過進口總量77%皆從泰國進口供應。惟近十年來泰國蘆筍栽培面積及收穫量逐年劇減，出口至臺灣數量也降低，臺灣也面臨國產蘆筍生產自給率逐年遞減，致使國內綠蘆筍年平均拍賣價格在近5年來逐年劇升。由於市場供給未能滿足消費需求，每年每人平均消費量也逐年降低(9)。面對國內蘆筍生產量未能滿足消費市場需求量，因此實有必要鼓勵在地生產以取代進口供應，而推廣設施蘆筍栽培為重要策略，有利於因應異常氣候或強降雨天候、降低病蟲危害、穩定品質及提升產量，並可用於建立延長採收期技術，周年穩定供應，提升國內蘆筍消費市場自給率。臺南區農業改場已應用設施生產模式及不留母莖技術以達成產期提前目標，藉由分區接力生產以達成穩定生產目的，結果顯示冬季低溫期以不留母莖管理模式，可提早自1月起採收，全年產量及產值不亞於傳統生產模式。維持留母莖管理之傳統生產模式可延長採收期至每年11月底。證實設施栽培蘆筍結合 31.

(37) 應用不留母莖之產期提前及留母莖之傳統生產模式，可達成計11個月之近周年均有蘆筍嫩莖生產供應之目標(10)。留母莖栽培雖然是臺灣蘆筍產業得以延續的關鍵技術，但不論慣行栽培於春夏秋三季生產，或應用產期調節技術於冬春夏三季生產，每年均需進行三次割除母莖作業 (2,3) ，且惟需耗費大量人力進行割除作業，此外要將割後母莖移除栽培設施外，更讓生產者難以短間時內完成處理。目前已知在果園小型自走式果樹殘枝粉碎機成功開發，可用於各種果樹殘枝粉碎作業，有助於作物廢棄殘體資源化、合理化利用，也利於粉碎物快速腐化及用於改善土壤理化性質與維護果園清潔(4,5)。蘆筍蒸散量小，貯藏根系發達，比較耐旱，在短時間內供水不足，雖可利用貯藏根系內的水分維持生命，使筍株不會向其他作物那樣很快的發生萎凋或枯死。但在採筍期假如過於乾旱，將導致嫩莖細弱，生長芽回縮，嚴重減產。由於蘆筍極不耐濕，土壤積水，通氣性差，會嚴重影響根系和磷芽發育，甚至造成根部腐爛而導致植株死亡。此外，蘆筍嫩芽含水量比較多，採收時間比較長，隨著蘆筍嫩莖產量的提高，蘆筍於採筍期間需水量也增多(1)。設施蘆栽培之水分管理不同於露天栽培，設施內採用傳統溝灌不僅造成設施高溼問題，也阻礙採收作業。利用養液滴灌可為設施蘆筍栽培持續地均勻供水。應用滴灌補充水分，具容易控制給水量優勢，且只要制定出灌溉計畫，滴灌的水量也可容易掌握，有利於提升節水栽培功效(7)。蘆筍栽培以滴灌系統供水及供肥可以同時進行，可以有效地節水、節肥、節省人工，為蘆筍根系提供一個合適的土壤環境，使蘆筍的根系在最適合的環境裡生長，根系發達才能枝葉繁茂。傳統採用大水溝灌既浪費水資源，又不利於蘆筍生長。養液滴灌技術系統可比大水溝灌節約水資源，節約澆水、施肥人工費用(11)。為建立設施蘆筍省工管理及節水栽培模式，本研究重點計有為建立筍養液滴灌節水栽培管理技術：因蘆筍為多年生且屬需肥量高之作物，應用養液滴灌利於提升施肥效率，有效減少肥料施用量，且可取代傳統溝灌操作，減緩蘆筍地下部根盤上升速率，增加設施蘆筍栽培年限；免除採收期間持續溝灌易引發病害問題，具提升產能效益；避免溝灌導致畦溝泥濘，因而有利田間助操作及提升採收綠蘆筍效率。其次開發設施蘆筍省工化清除母莖技術：基於臺南區農業改良場已建立冬季綠蘆筍生產之產期調節操作，再藉由導入農業機械取代人力執行快速清除母莖作業，更有助於克服人工短缺問題，提升產期調節作業效率。. 三、材料與方法 3.1 養液滴灌與傳統溝灌生產嫩莖產量與品質比較：以雲林縣東勢鄉筍農於 104 及 105 年度秋植設施蘆筍分二棟溫室執行滴灌與溝灌等二種灌溉模式試驗比較。分析比較應用養液滴灌之綠蘆筍各期作嫩莖產量、合格品率及脆度。以確保提升設施蘆. 32.

(38) 筍產量及品質。 3.1.1 處理項目：(1)養液滴灌組：應用土壤濕度感測器，進行灌灌溉時程管理，以維持適度土壤水分張力，並依不同生育期將所需土壤水分張力條件區分為： A.採筍期：-23～-32 kPa、B.留母莖期：-17～-23 kPa、C.休閒期：-30～-50 kPa。另應用土壤 EC 感測器，進行養液供給量管理，以維持適度土壤 EC 值，並依不同生育期將所需養液供給量區分為：A.採筍期施用台肥 1 號即溶複合肥為每週 5.5 公斤。B.留母莖期及休閒期施用台肥 43 號即溶複合肥，分別為每週 5 公斤及 4 公斤。(2)傳統溝灌組：灌灌溉時程管理在採筍期及留母莖期為每周溝灌 2 次，並將畦溝分單號與雙號進行輪灌，休閒期每月灌溉 1 次。依合理化施肥推薦，將不同生育期將所需肥料區分為：A.春肥：台肥 1 號複合肥料 80 Kg、 B.春季採收肥：尿素 24 Kg、C.夏肥：台肥 1 號複合肥料 50 Kg、D.秋肥：台肥 1 號複合肥料 50 Kg、E 秋採收肥：尿素 25 Kg、F.冬肥：台肥 1 號複合肥料 80 Kg。 3.2.2 試驗調查項目：(1)試驗調查小區尺寸：行距 1.5 公尺，長 66.7 公尺(面積： 100 M2)。(2)採收期間每日調查各試區內嫩莖採收重量及支數，並依合格品(莖粗＞8mm)及格外品(莖粗＜8 mm)二類分開調查，另應用物性測定儀測定切斷嫩莖需咬斷力、數位式糖度計測定可溶性固形物含量(糖度)。 3.2 機械取代人力割除老化母莖效率評估：藉由導入「綠籬機」及「背負型圓盤鋸齒式割草機」分段進行機割除老化母莖為處理組，另以人力持刀進行割除作業為對照組，比較二者之作業效率。 3.2.1 處理項目：(1)輔具割除組：應用「綠籬機」及「背負型圓盤鋸齒式割草機」割除老化母莖。其中「綠籬機」係使用雙刃、重量輕及振動小之機型。「背負型圓盤鋸齒式割草機」具備有「剪刀式刀盤」，作業程序為先用「綠籬機」割除母莖地上部，再用「背負型圓盤鋸齒式割草機」割除露出土表之母莖殘樁。 (2)人工割除組：應用鐮刀以人力割除老化母莖。 3.2.2 試驗調查項目：(1)試驗調查小區尺寸：行距 1.5 公尺，長 66.7 公尺(面積： 100 M2)。(2)作業時間紀錄：A.記錄每小區以人工割除老化母莖所需時間，分三重複。B.記錄每小區以「綠籬機」割除老化母莖(地上部 10 公分以上)所需時間，分三重複。C.記錄每小區以「背負型圓盤鋸齒式割草機」割除露出土表之母莖殘樁所需時間，分三重複。 3.3 碎枝機就地碎化老化母莖效率評估：老化母莖被割除後次日，應用已修改刀具之自走式碎枝機進行就地碎化為處理組，另以人力搬移被割取母莖至溫室外之作業為對照組，比較二者之作業效率。 3.3.1 處理項目：(1)就地碎化組：選擇於處理前一日割除之老化母莖進行就地碎化，惟試驗設備係應用現有小型自走式碎枝機，修改其碎枝刀具，以符合畦溝碎枝作業。(2)人工搬移組：應用人力徒手搬移割除後老化母莖至栽培溫室之外部集中處理。. 33.

(39) 3.3.2 試驗調查項目：(1)試驗調查小區尺寸：行距 1.5 公尺，長 66.7 公尺(面積： 100 M2)。(2)作業時間紀錄：A.記錄每小區以自走式碎枝機就地碎化母莖所需時間，分三重複。B.記錄每小區以人力搬移老化母莖所需時間，分三重複。. 四、結果與討論 4.1 養液滴灌與傳統溝灌生產嫩莖產量與品質比較： 4.1.1.105 年度產量比較：設施蘆筍於 104 年 10 月 9 日定植，105 年度累計收穫 157 天(表 1)，滴灌試區 0.1 公頃總產量為 1012.6±88.0 公斤，顯著高於溝灌試區為 554.5±54.0 公斤。另在合格品比率比較，滴灌試區為 32.4±2.3%，顯著高於溝灌區 24.7±2.2%。105 年度設施蘆筍滴灌與溝灌栽培之用水量比較，試驗主要以比較嫩莖採收期之灌溉用水量，滴灌試區每 0.1 公頃每日用水量為 2.8 公噸，1 週 7 日合計用水量為 19.6 公噸。溝灌區每週灌溉 1 次，每 0.1 公頃每週用水量計 41.6 公噸。滴灌試區用水量為溝灌試區的 47.1%，應用滴灌之節水效率超過 50%以上。表 1. 105 年度設施蘆筍滴管與溝灌之產量比較調查項目 1 年生滴灌 1 年生溝灌採收天數 157 157 合格品量產量（㎏） 325.7±22.1 138.0±33.7 支數（支） 17171±707 6233±1450 總收量產量（㎏） 1012.6±88.0 554.5±54.0 支數（支） 71243±9211 42166±3276 合格品單支重（g） 23.3±5.2 21.9±5.9 合格品比率（％） 32.4±2.3 24.7±2.2 嫩莖長度 24 公分、粗細 0.8 公分以上為合格品面積單位：0.1 公頃表 2. 106 年度設施蘆筍滴管與溝灌之產量比較調查項目 2 年生滴灌 1 年生溝灌 2 年生溝灌採收天數 151 165 151 合格量產量（㎏） 997.7±111.4 827.6±68.1 671.8±123.5 支數（支） 46493±4677 41150±3527 29700±4357 總收量產量（㎏） 2081.8±140.5 1966.9±41.6 1467.7±77.2 支數（支） 169858±15096 166100±2288 125266±4022 合格品單支重（g） 20.3±4.0 19.3±3.1 21.1±4.7 合格品比率（％） 48.0±2.3 42.0±1.1 45.6±2.7 嫩莖長度 24 公分、粗細 0.8 公分以上為合格品(面積單位：0.1 公頃) 34.