TWI677281B - 農作物溫室環境控制系統 - Google Patents

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Kuo An Hung
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陳育成
Yu Cheng Chen
徐意維
Yi Wei Hsu
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Abstract

本發明提供一種農作物溫室環境控制系統，包含一溫室建築、一耕地以及一灌溉設備。溫室建築是由周圍的牆圍體及罩蓋於該牆圍體上方的屋頂部所構成，牆圍體下方設有進氣口，屋頂部設有複數排氣口。所述耕地設於溫室建築內的地面，耕地設有交錯排列的土壠與溝渠，相鄰的土壠與溝渠之間界定為一斜面區域。灌溉設備包含複數灌溉水管，該些灌溉水管分別架設於斜面區域的上方，灌溉水管能流出灌溉水澆灌於該斜面區域，藉此能節約灌溉的用水，並且能以蒸發冷卻與負壓排風原理快速調整溫室的溫度與濕度。

Description

農作物溫室環境控制系統
本發明係關於一種環境控制系統，特別是關於一種農作物溫室的環境控制系統。
利用溫室種植農作物的方式行之有年，溫室可以隔絕外部不利於農作物生長的氣候環境，也可以降低病蟲害的發生機率。
但是傳統溫室也有其缺點，主要因為溫室屬於一個近似密閉的空間，夏季高溫加上溫室內部土壤內的灌溉水於密閉空間不易蒸散，使溫室內部溫度與濕度都不易調節，冬季雖然較為乾燥但也因為使用常溫灌溉水澆灌農作物造成溫室內濕冷環境，對農作物的生長都較為不利。
參照圖1及圖2，其顯示一傳統溫室種植蘆筍作物的第一場景的可見光照像圖及紅外光照像圖。圖1與圖2係分別使用一般可見光相機與紅外線熱像儀，在一種植蘆筍的傳統農作物溫室內的第一場景以同一位置與角度進行的環境溫度紀錄。在圖2中可以發現，傳統溫室的高溫集中在屋頂部，以及出現在種植農作物的土壠與底部溝渠之間的斜面區域。研究發現，以傳統的澆灌方式對溫室進行灌溉，植物根部吸收部分的水分以及植物的遮蔽作用下，使位置較高的農作物生長之土壠區域溫度較低，而土壠與土壠之間位置較低的溝渠因為水分沉積在該底部也同樣具有較低的溫 度，而土壠與溝渠之間的斜面區域因呈斜坡洩水較快又沒有植物遮蔽，使該區域的溫度高於兩側的土壠與溝渠。
請再參照圖3及圖4，其顯示一傳統溫室種植蘆筍作物的第二場景的可見光照像圖及紅外光照像圖。圖3與圖4係分別使用一般可見光相機與紅外線熱像儀，在一種植蘆筍的傳統農作物溫室內的第二場景以較低的角度進行地面的環境溫度紀錄。在圖4中可以發現，傳統溫室的地面部分，高溫集中在種植農作物的土壠與底部溝渠之間的斜面區域，以及工具車的鐵件設備。同前所述，土壠與溝渠之間的斜面區域因呈斜坡洩水較快又沒有植物遮蔽，使該區域的溫度高於兩側的土壠與溝渠，而工具車為可移動式設備，可以利用移除的方式將熱源移出種植區域。
請再參照圖5及圖6，其顯示一傳統溫室種植蘆筍作物的第三場景的可見光照像圖及紅外光照像圖。圖5與圖6係分別使用一般可見光相機與紅外線熱像儀，在一種植蘆筍的傳統農作物溫室內的第三場景以偏向溫室牆壁面的角度進行溫室外圍牆體區域的環境溫度紀錄。在圖6中可以發現，傳統溫室的外圍牆體區域部分，高溫集中在透光牆板內側的高位土壠上。研究發現，以傳統的澆灌方式對溫室進行灌溉，位置較低的溝渠部分會積存大量灌溉水使溫度降低，而透光牆板內側的土壠受光線照射蓄熱又沒有植物遮蔽，使該區域的溫度遠高於相鄰的溝渠。
綜上所述，傳統溫室採用一般澆灌技術將灌溉水普遍的噴灑於土壤中，灌溉水會積存於低位的溝渠，除了造成濕度過高的問題也大量浪費水資源，而土壠與溝渠間的斜面區域或透光牆板內側的土壠區域仍然存在溫度過高的問題，有鑑於此，確實有必要對傳統農作物的溫室環境控 制提出改善方案。
本發明之一目的在提供一種能節約灌溉水的農作物溫室環境控制系統。
本發明之另一目的在提供一種快速調整溫室的溫度與濕度的農作物溫室環境控制系統。
為達成上述目的，本發明之農作物溫室環境控制系統在一個實施例中包含一溫室建築、一耕地以及一灌溉設備。溫室建築是由周圍的牆圍體及罩蓋於該牆圍體上方的屋頂部所構成，牆圍體下方設有至少一進氣口，屋頂部設有至少一排氣口。所述耕地設於溫室建築內的地面，耕地設有交錯排列的土壠與溝渠，相鄰的土壠與溝渠之間界定為一斜面區域。灌溉設備包含複數灌溉水管，該些灌溉水管分別架設於斜面區域的上方，灌溉水管能流出灌溉水澆灌於該斜面區域，藉此能節約灌溉的用水，並且能快速調整溫室的溫度與濕度。
在本發明的一些實施例中，其中，所述灌溉水管為具有微孔隙的滲透水管，灌溉水由該微孔隙滲出滴落於該斜面區域。
在本發明的一些實施例中，其中，所述灌溉水管為具有數個噴霧頭的噴霧式灌溉水管，灌溉水由該灌溉水管噴灑於該斜面區域。
在本發明的一些實施例中，其中，所述溫室建築內部空間架設有軸流風機。
在本發明的一些實施例中，其中，所述複數排氣口分別設有 排風扇將空氣抽離該溫室建築，使該溫室建築內部形成負壓。
在本發明的一些實施例中，其中，所述複數排氣口分別設有自動調節門。
在本發明的一些實施例中，其中，所述自動調節門設有電動伸縮桿可以控制該自動調節門的開啟角度。
在本發明的一些實施例中，其中，所述複數進氣口分別設有進氣調節門。
在本發明的一些實施例中，其中另包含一異溫水設備連接該灌溉設備，該異溫水設備能產生異於常溫的灌溉水輸入至該灌溉水管。
在本發明的一些實施例中，其中另包含一節能負載設備連接該異溫水設備。
在本發明的一些實施例中，其中，所述異溫水設備為一冷熱功能壓縮機。
1‧‧‧溫室建築
11‧‧‧牆圍體
111‧‧‧進氣口
112‧‧‧進氣調節門
12‧‧‧屋頂部
121‧‧‧排氣口
122‧‧‧排風扇
123‧‧‧自動調節門
124‧‧‧電動伸縮桿
13‧‧‧軸流風機
2‧‧‧耕地
21‧‧‧土壠
22‧‧‧溝渠
3‧‧‧灌溉設備
31‧‧‧灌溉水管
4‧‧‧異溫水設備
41‧‧‧溫室輸送管
42‧‧‧能源利用設備輸送管
5‧‧‧能源利用設備
X‧‧‧斜面區域
A‧‧‧狀態
B‧‧‧狀態
RHA‧‧‧A狀態相對濕度
RHB‧‧‧B狀態相對濕度
DB1‧‧‧第一乾球溫度
DB2‧‧‧第二乾球溫度
H1‧‧‧第一焓值
H2‧‧‧第二焓值
圖1顯示一傳統溫室種植蘆筍作物的第一場景的可見光照像圖。
圖2顯示一傳統溫室種植蘆筍作物的第一場景的紅外光照像圖。
圖3顯示一傳統溫室種植蘆筍作物的第二場景的可見光照像圖。
圖4顯示一傳統溫室種植蘆筍作物的第二場景的紅外光照像圖。
圖5顯示一傳統溫室種植蘆筍作物的第三場景的可見光照像圖。
圖6顯示一傳統溫室種植蘆筍作物的第三場景的紅外光照像圖。
圖7顯示本發明農作物溫室環境控制系統較佳實施例的溫室建築外觀示意圖。
圖8顯示本發明農作物溫室環境控制系統較佳實施例的溫室建築屋頂部排氣口的立體示意圖。
圖9顯示本發明農作物溫室環境控制系統較佳實施例的溫室建築側面透視示意圖。
圖10顯示本發明農作物溫室環境控制系統較佳實施例的溫室建築內的空氣流動方向示意圖。
圖11顯示本發明農作物溫室環境控制系統較佳實施例的耕地剖面狀態示意圖。
圖12顯示本發明農作物溫室環境控制系統較佳實施例的溫室建築內部進行蒸發冷卻作用的示意圖。
圖13顯示本發明農作物溫室環境控制系統的溫室建築連結異溫水設備與能源利用設備的示意圖。
圖14顯示本發明農作物溫室環境控制系統利用蒸發冷卻排風減濕過程的示意圖。
圖15顯示本發明農作物溫室環境控制系統利用蒸發冷卻排風減濕過程的數據關係圖。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式作詳細說明，文中實施例 僅說明本發明可能之實施態樣，然並非用以限制本發明所欲保護之範疇。
請參照圖7至圖11，圖7顯示本發明農作物溫室環境控制系統較佳實施例的溫室建築外觀示意圖，圖8顯示本發明農作物溫室環境控制系統較佳實施例的溫室建築屋頂部排氣口的立體示意圖，圖9顯示本發明農作物溫室環境控制系統較佳實施例的溫室建築側面透視示意圖，圖10顯示本發明農作物溫室環境控制系統較佳實施例的溫室建築內的空氣流動方向示意圖，圖11顯示本發明農作物溫室環境控制系統較佳實施例的耕地剖面狀態示意圖。本發明之農作物溫室環境控制系統在一較佳實施例中包含一溫室建築1、一耕地2以及一灌溉設備3。溫室建築1是由周圍的牆圍體11及罩蓋於該牆圍體11上方的屋頂部12所構成，牆圍體11下方設有複數進氣口111，屋頂部12設有複數排氣口121。所述耕地2設於溫室建築1內的地面，耕地2設有交錯排列的土壠21與溝渠22，相鄰的土壠21與溝渠22之間界定為一斜面區域X。灌溉設備3包含複數灌溉水管31，該些灌溉水管31分別架設於斜面區域X的上方，灌溉水管31能流出灌溉水澆灌於該斜面區域X，藉此能節約灌溉的用水，並且能快速調整溫室的溫度與濕度。
圖式中的溫室建築1僅為示意表示，本發明所指的溫室建築可以包含圓頂式、尖頂式或平頂的溫室建築，主要是由周圍的牆圍體11及罩蓋於該牆圍體11上方的屋頂部12所構成，溫室建築1多為透光的架體式建築體，但不以此為限。
屋頂部12所設複數排氣口121較佳地應設置於溫室建築1的四周方向，但也可以依照地理環境與風向等因素只設置於溫室建築1的一到三個方向的位置。較佳地，每一個排氣口121可以分別設有排風扇122，利 用一控制器(未繪示)控制啟動與關閉時間，啟動時可以將空氣抽離該溫室建築1，使該溫室建築1內部形成負壓。排氣口121還可以加設防蟲網以防止昆蟲進入溫室建築1內部。
更佳地，在本實施例中，所述複數排氣口121還可以分別設有自動調節門123。自動調節門123可以設有電動伸縮桿124，以控制該自動調節門123的開啟角度。自動調節門123的開啟、關閉以及開啟角度可以利用一控制器(未繪示)進行控制。
相同於上述自動調節門123的原理，在本實施例中，所述複數進氣口111可以分別設有進氣調節門112，進氣調節門112的開啟、關閉以及開啟角度同樣可以利用一控制器(未繪示)進行控制。進氣口111也可以加設防蟲網以防止昆蟲進入溫室建築1內部。
研究發現溫室建築1的頂部位置容易積熱，因此在本實施例中，溫室建築1內部空間可以架設有軸流風機13，促進空氣的流動，配合排氣口121與進氣口111的設置可以加速空氣的對流。
本發明所述耕地2係指溫室建築1內用以種植栽培農作物的地面，為了改善排水以及方便人員與機器設備於耕地2內移動，耕地2設有交錯排列的土壠21與溝渠22，此為普遍慣行農法，本發明於相鄰的土壠21與溝渠22之間界定為一斜面區域X，參照圖11所示，該斜面區域X具體而言，不包含實際有農作物冒出地表生長的土壠21區域，也不包含土壠21與土壠21之間最低窪的溝渠22區域，而包含土壠21邊緣到溝渠22邊緣間的斜面土壤區域。
本發明利用灌溉設備3所包含的複數灌溉水管31，將該些灌 溉水管31分別架設於斜面區域X的上方，灌溉水管31能流出灌溉水澆灌於該斜面區域X，藉此能節約灌溉的用水，並且能快速調整溫室的溫度與濕度。
較佳地，所述灌溉水管31為具有微孔隙的滲透式灌溉水管，灌溉水由該微孔隙滲出滴落於該斜面區域X，並藉由排風口抽風形成蒸發冷卻效果，調節地表與農場溫濕度。在本實施例中，所述灌溉水管31採用安稼公司BJ-400型號的滲水管產品。另外，可以利用計時器控制噴灌時間以達到適合濕土壤溫濕度。
較佳地，所述灌溉水管31為具有數個噴霧頭的噴霧式灌溉水管，灌溉水由該灌溉水管噴灑於該斜面區域，並藉由排風口抽風形成蒸發冷卻效果，調節地表與農場溫濕度。同樣地，可以利用計時器控制噴灌時間以達到適合濕土壤溫濕度。
本發明上述的進氣調節門112、排風扇122、自動調節門123控制器、電動伸縮桿124、軸流風機13以及灌溉設備3等裝置都可以透過一控制器(未繪示)進行整合控制，控制器通常包含溫度、濕度偵測設備與計時器，利用通訊連接埠連線到各裝置進行整合控制，該種控制技術為普遍成熟的技術，於此不另贅述。
參照圖12，圖12顯示本發明農作物溫室環境控制系統較佳實施例的溫室建築內部進行蒸發冷卻作用的示意圖。當灌溉設備3的灌溉水管31表面滲出水液滴落於該斜面區域X，使農作物能得到適量的灌溉水而完全不會浪費水資源。運用灌溉水管31表面滲出水液於斜面區域X還可以進行地表灌溉冷卻，配合溫室建築1的牆圍體11下側的進氣口111進風，溫室建築1的屋頂部12的排氣口121於上側抽風，溫室建築1內部形成負壓而進行蒸發 冷卻通風模式，由地表開始降低環境溫度。
另外，灌溉設備3的灌溉水管31還可以設置在溫室建築1的圍牆體11內側的高位土壠上，可以對普遍使用透光板作為圍牆體11的內側高溫土壠進行降溫。
參照圖13，顯示本發明農作物溫室環境控制系統的溫室建築連結異溫水設備與能源利用設備的示意圖。在本發明的另一實施例中，其中可以另包含一異溫水設備4連接該灌溉設備3，該異溫水設備4能產生異於常溫的灌溉水輸入至該灌溉水管31。異溫水設備4可以是一壓縮機或是一製冷設備或是一製熱設備，更佳地，該系統還可以另包含一能源利用設備5連接該異溫水設備4。能源利用設備5可以運用該異溫水設備4產生的餘冷或餘熱進行回收再處理。例如，夏季高溫期間，異溫水設備4為一種製冷壓縮機，能產生15至25℃冷水並藉由溫室輸送管41導入溫室建築1內的灌溉設備3，而製冷壓縮機產生冷水時所排出的餘熱則藉由能源利用設備輸送管42輸送至一能源利用設備5，該能源利用設備5可以是熱水鍋爐、溫水游泳池等設施。
反之，例如在冬天低溫環境中，異溫水設備4為一種製熱壓縮機，能產生30至40℃溫水並藉由溫室輸送管41導入溫室建築1內的灌溉設備3，而製熱壓縮機產生溫水時的另一側循環將產生一低溫管路，通過一交換器可以獲得低溫循環液體藉由能源利用設備輸送管42輸送至一能源利用設備5，該能源利用設備5可以是低溫倉庫、製冰設備等設施。
請參照圖14及圖15，圖14顯示本發明農作物溫室環境控制系統利用蒸發冷卻排風減濕過程的示意圖，圖15顯示本發明農作物溫室環境 控制系統利用蒸發冷卻排風減濕過程的數據關係圖。農作物溫室環境的溫溼度狀態從狀態A到狀態B的過程，經過灌溉水管31利用滲透或是噴霧方式，透過排風扇122使溫室形成負壓狀態，造成蒸發冷卻排風減濕作用，空氣由狀態A的第一乾球溫度DB1降到第二乾球溫度DB2，濕度亦由A狀態相對濕度RHA變化到B狀態相對濕度RHB，空氣中含有的總熱量焓值由第一焓值H1下降至第二焓值H2，藉由上述的控制可以滿足溫室環控達到作物提高產量的目的，例如，蘆筍農場可以利用本發明農作物溫室環境控制系統，全年皆可以環控植株生長環境達到如同在4-6月的最高產量環境，並且本發明的灌溉設備將灌溉水澆灌於土壠與溝渠之間的斜面區域，使灌溉水的效益最大化，能節約水資源。
綜上所述，本發明在一溫室建築1中利用屋頂部12所設排氣口121與牆圍體11下方設置的進氣口111形成一自然通風的空氣循環，或利用排風扇122製造一強制通風的空氣循環，都可以使該溫室建築1內部形成負壓，再通過本發明特殊的非常節水環保的灌溉設備3，將灌溉水通過灌溉水管31精確的滴落或噴灑在耕地2溫度最高的斜面區域X部位，在實施節水灌溉的同時還可以利用水霧蒸發相同原理於溫室內進行蒸發冷卻作用，利用最少能源達到環境控制的目的。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特徵，其目的在使熟習此項技藝之人士均能了解本發明之內容並據以實施，當不能以此限定本發明之專利範圍，凡依本發明之精神及說明書內容所作之均等變化或修飾，皆應涵蓋於本發明專利範圍內。

Claims (3)

  1. 一種農作物溫室環境控制系統，包含：一溫室建築，由周圍的牆圍體及罩蓋於該牆圍體上方的屋頂部所構成，該牆圍體下方設有複數進氣口，該屋頂部設有複數排氣口，該溫室建築內部空間架設有軸流風機，該複數進氣口分別設有進氣調節門，該複數排氣口分別設有自動調節門及排風扇，能將空氣抽離該溫室建築，使該溫室建築內部形成負壓，該自動調節門設有電動伸縮桿可以控制該自動調節門的開啟角度；一耕地，設於該溫室建築內的地面，該耕地設有交錯排列的複數土壠與複數溝渠，相鄰的土壠與溝渠之間界定為一斜面區域；一灌溉設備，該灌溉設備包含複數灌溉水管，該些灌溉水管分別架設於該斜面區域的上方，該些灌溉水管能流出灌溉水澆灌於該斜面區域；一異溫水設備連接該灌溉設備，該異溫水設備為一壓縮機，該異溫水設備能產生異於常溫的灌溉水輸入至該灌溉水管；及一能源利用設備，該能源利用設備連接該異溫水設備，該異溫水設備產生的餘冷或餘熱輸送至該能源利用設備。
  2. 如請求項1所述之農作物溫室環境控制系統，其中，該灌溉水管為具有微孔隙的滲透式灌溉水管，灌溉水由該微孔隙滲出滴落於該斜面區域。
  3. 如請求項1所述之農作物溫室環境控制系統，其中，該灌溉水管為噴霧式灌溉水管，灌溉水由該灌溉水管噴灑於該斜面區域。
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