TWI554204B - 主動式二氧化碳濃度調控及風場均勻化之系統 - Google Patents

Description

主動式二氧化碳濃度調控及風場均勻化之系統

本發明為一種主動式二氧化碳濃度調控及風場均勻化之系統，尤指一種以主動式二氧化碳調控技術結合空調流場擾動，以達成節能換氣與提升二氧化碳濃度均勻性之目標之技術。

為使農作物等植物之栽培達到最佳生長狀態，因此必須控管植物之生長環境條件，包括二氧化碳濃度、溫度、濕度等等。

就菇蕈栽培而言，菇農會於菇舍設置空調裝置，使菇舍維持適當之溫度，例如，攝氏4度左右。二氧化碳濃度是菇蕈之關鍵生長因子，於菇蕈生長期間，必須調控菇舍之二氧化碳濃度，以使菇蕈成長為所需之品質，例如，調整二氧化碳濃度，可影響菇蕈之傘部或梗部之成長。然而，相對於氧氣，由於二氧化碳的分子量較重易沉降於底部，造成菇舍二氧化碳濃度分布不均，此濃度差異可高達2000ppm，使得成菇品質良莠不齊，影響收益。目前菇農於底層加裝抽風扇，但所產生的氣流擾動量仍舊不足；且目前菇舍內之空調風場未能妥善導引，使菇舍角落產生渦漩，而形成二氧化碳堆積高濃度區。

經實測一傳統八層式菇架，由頂層至底層之溫度分布依序為攝氏4.8度、5.14度、5.37度、5.24度、5.36度、5.58度、5.4度、5.71度，數據顯示，頂層與底層溫差高達攝氏0.91度。其主要原因之一在於，空調裝置一般皆設置於菇舍頂部，因風場未妥善導引，愈下層的空氣流動性愈差，此外，再加上前述二氧化碳沉積之問題，因此勢必要進行改善。

為解決上述溫度、二氧化碳分布不均的問題，傳統方式為抽入戶外空氣搭配循環扇，將沉降之二氧化碳排出菇舍進行換氣，藉此形成 空氣擾動與流動。請參閱圖3及圖4所示實測一傳統六層式菇架藉由空調裝置進行換氣後之二氧化碳濃度及溫度變化曲線圖。其中，編號1~6分別代表由底部至頂部之第一層至第六層，該菇架除第一層高度為60公分之外，其餘各層之高度皆為50公分。圖3顯示，於第28分鐘進行單次換氣後，各層的二氧化濃度皆可降低，約降低500-600(ppm)，但是，圖4同時顯示，單次換氣會造成各層溫度接上升約攝氏3~4度，因此會啟動空調裝置運作以降溫，造成空調裝置的負擔。據統計，傳統菇蕈栽培之空調成本約佔總生產成本的40%，導致生產成本高，且效率不彰，且各層之二氧化碳濃度與溫依舊分佈不均，顯示傳統之抽風扇換氣方式無法滿足菇農需求。

其次，綜觀目前針對控制或調整二氧化碳濃度之習知專利與公開文獻雖然很多，但其技術手段不外乎二種，一是將空氣輸入以稀釋二氧化碳濃度，另一則是將二氧化碳輸入以提升二氧化碳濃度，然無論何種方法，皆不是主動式地針對二氧化碳高濃度區進行調控，也無法達成使風場均勻化之目的。

在一實施例中，本發明提出一種主動式二氧化碳濃度調控及風場均勻化之系統，適用一房舍，其包含：至少一入風口，該入風口連接一空調裝置，空調裝置經由入風口將冷空氣送入該房舍；以及至少一抽吸口，該抽吸口連接一抽吸裝置，抽吸裝置經由抽吸口將二氧化碳抽出房舍外。

1~6‧‧‧第一層至第六層

10‧‧‧房舍

11‧‧‧入風口

12‧‧‧抽吸口

121‧‧‧第一管路

13‧‧‧牆面

14‧‧‧地面

15‧‧‧回收口

20‧‧‧空調裝置

30‧‧‧抽吸裝置

31‧‧‧第二管路

40‧‧‧控制裝置

50‧‧‧多層式架體

60‧‧‧植物

70‧‧‧二氧化碳濃度感測器

80‧‧‧導流板

500‧‧‧主動式二氧化碳濃度調控及風場均勻化之方法之流程

502~508‧‧‧主動式二氧化碳濃度調控及風場均勻化之方法之流程之步驟

h1、h2、h3‧‧‧高度

θ‧‧‧夾角

圖1為本發明之系統之一實施架構示意圖。

圖2為本發明之系統之另一實施架構示意圖。

圖3為習知單次換氣後之二氧化碳濃度曲線示意圖。

圖4為習知單次換氣後之溫度曲線示意圖。

圖5為本發明之方法之流程圖。

請參閱圖1所示，本發明之主動式二氧化碳濃度調控及風場均勻 化之系統，其主要是於一房舍10設置至少一入風口11以及至少一抽吸口12。入風口11連接一空調裝置20，抽吸口12連接一抽吸裝置30。空調裝置20與抽吸裝置30連接於一控制裝置40，該控制裝置40可為電腦裝置。入風口11之設置高度h1高於抽吸口12之設置高度h2。

房舍10之用途不限，例如可為栽種植物之溫室，圖1顯示於房舍10內設有多層式架體50，可於各層設置栽種之植物60。而栽種之植物60種類也不限，例如可為菇蕈類植物。而於植物60生長階段會排放二氧化碳，由於許多因素所致，例如二氧化碳的分子量較重，因此會造成二氧化碳沉降於房舍10之底層。尤其，房舍10具有一圍繞設置之牆面13，牆面13與地面14之間具有一夾角θ，通常該夾角θ為90度，當入風口11將冷空氣送入房舍10時，當冷空氣撞擊牆面13後，會於夾角θ處形成渦漩，因此二氧化碳會沉積於渦漩處(亦即該夾角θ處)以及多層式架體50之底部。因此，本發明於該夾角θ處設置導流板80，並於房舍10之二氧化碳沉積處(亦即多層式架體50之底部)設置至少一抽吸口12。藉由導流板80導引冷氣或二氧化碳氣流並改變氣流方向，避免二氧化碳沉積於渦漩處，並可降低冷氣傳輸過程中的動量損失。導流板80之型態不限，於本實施例中為弧形板，惟可導引氣流避免沉積於牆角處即可。此外，本實施例係將抽吸口12設置於一第一管路121，該管路121連接抽吸裝置30，然不限於此，凡可達成使抽吸口12連接於抽吸裝置30之目的即可。

由控制裝置40控制空調裝置20及抽吸裝置30依所設定之條件工作，由空調裝置20依設定的時間間隔經由入風口11將冷空氣送入房舍10，以維持房舍10中具有適當之溫度，例如以菇蕈栽植而言，可為攝氏4度左右。以及，由抽吸裝置30依設定的時間間隔經由抽吸口12將二氧化碳沉積處之二氧化碳抽出房舍10外，以維持房舍10中具有適當之二氧化碳濃度，再以菇蕈栽植而言，可為2500PPM左右。於上述送氣及抽吸二氧化碳之過程中，可造成房舍10中之流場擾動，達成節能換氣與提升二氧化碳濃度均勻性之目的。

將本發明所提供之系統經實作樣品驗證，並與習知單次換氣之系 統相對照，其結果如下表所示：

由上表可知，本發明對於入風口11之風口速度影響甚微，且本發明可達成3倍之二氧化碳下降率。在節能成效及環境均勻度均有傑出表現。

請參閱圖2所示之另一實施例，於一房舍10設置至少一入風口11以及至少一抽吸口12。入風口11連接一空調裝置20，抽吸口12連接一抽吸裝置30。空調裝置20與抽吸裝置30連接於一控制裝置40。於本實施例中，房舍10具有一回收口15，回收口15連接於抽吸裝置30，抽吸裝置30由房舍10抽吸而排出二氧化碳後，可經由回收口15送回房舍10中。回收口15之設置高度h3高於抽吸口12之設置高度h2。藉由抽取口12將抽出之二氧化碳再送入房舍10中，可造成氣流擾動效果，使二氧化碳之分布較為均勻。上述目的在於針對二氧化碳濃度之需求進行調控，且可由空調裝置20回風進入空調裝置20再排出。本實施例於房舍10之牆面等適當處可設有至少一導流板80。

本實施例是利用一第二管路31連接抽吸裝置30與空調裝置20，抽吸裝置30抽出房舍10外之二氧化碳經由第二管路31進入空調裝置20後，再由空調裝置20送回房舍10內，除此之外，亦可於房舍10設置一回收口15，將第二管路31連接抽吸裝置30與回收口15，以回收再利用由抽吸裝置30所抽出之二氧化碳。

本實施例是於房舍10設置一回收口15以回收再利用由抽吸裝置30所抽出之二氧化碳，除此之外，亦可將回收口15設置於空調裝置20中，亦即，將抽吸裝置30連接空調裝置20，由抽吸裝置30抽出二氧化碳後再送回空調裝置20排入房舍10中。如需要更高二氧化碳濃度，可於回收口15之前或空調裝置20增設二氧化碳補充口，連接外部之二氧化碳供應裝置。

此外，於房舍10內設有至少一個二氧化碳濃度感測器70。二氧化碳濃度感測器70可透過控制裝置40與抽吸裝置30電性連接。當二氧化碳濃度感測器70感測到二氧化碳之濃度差異到達一設定值時，即可啟動抽吸裝置30將二氧化碳抽吸出房舍10外，如此可增加房舍10內之流場擾動、提高二氧化碳均勻性，若房舍10內之二氧化碳濃度太高時，則將二氧化碳直接排出，而若房舍10內之二氧化碳濃度太低時，則可將二氧化碳回收再利用。此外，亦可於房舍10內設置溫度感測器、濕度感測器，或其他所需之感測器，用以感測房舍10內之不同環境條件。

請參閱圖5所示之主動式二氧化碳濃度調控及風場均勻化之方法之流程500，亦即利用圖1及圖2所示之系統進行之主動式二氧化碳濃度調控及風場均勻化，其包含以下步驟(請同時參閱圖1及圖2)：步驟502：由一空調裝置20將冷空氣送入一房舍10，該房舍內栽種有植物60，植物60於生長過程中會排放二氧化碳；以及步驟504：判斷房舍10中之二氧化碳濃度是否達到一設定值；若是，則執行步驟506，由一抽吸裝置30將二氧化碳抽出房舍10外；若否，則執行步驟508，由抽吸裝置30將二氧化碳抽出房舍10外且送回房舍10內回收再利用；於執行步驟506或508後，皆回到步驟504。如前所述，無論將二氧化碳抽出直接排除，或將二氧化碳回收再利用，皆可增加房舍10內之流場擾動。

綜上所述，本發明所提供之主動式二氧化碳濃度調控及風場均勻化之系統，於二氧化碳高濃度區設置抽吸口，可主動抽吸二氧化碳，降低二氧化碳濃度，不僅能提升流場擾動，同時可提高換氣效率，降低換氣量，減少換氣所產生之升溫，降低空調耗能。值得說明的是，本發明於房舍設置抽吸口，主動地將房舍中之二氧化碳抽出房舍外或再度送回房舍中之技術手段，適用於任何需要調節二氧化碳之空間，並不限於栽種植物之溫室。

惟以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本發明之特點及功效，而非用於限定本發明之可實施範疇，於未脫離本發明上揭之精神與技術範疇下，任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均 仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

10‧‧‧房舍

11‧‧‧入風口

12‧‧‧抽吸口

121‧‧‧第一管路

13‧‧‧牆面

14‧‧‧地面

20‧‧‧空調裝置

30‧‧‧抽吸裝置

40‧‧‧控制裝置

50‧‧‧多層式架體

60‧‧‧植物

80‧‧‧導流板

h1、h2‧‧‧高度

θ‧‧‧夾角

Claims (8)

1. 一種主動式二氧化碳濃度調控及風場均勻化之系統，適用於一房舍，其包含：至少一入風口，該入風口連接一空調裝置，該空調裝置經由該入風口將冷空氣送入該房舍；至少一抽吸口，該抽吸口連接一抽吸裝置，該抽吸裝置經由該抽吸口將二氧化碳抽出該房舍外；以及至少一回收口，該回收口連接於該抽吸裝置，該抽吸裝置由該房舍所抽吸之該二氧化碳，再經由該回收口送回該房舍內。
2. 如申請專利範圍第1項所述之主動式二氧化碳濃度調控及風場均勻化之系統，其中該回收口之設置高度高於該抽吸口之設置高度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之主動式二氧化碳濃度調控及風場均勻化之系統，其中該回收口連接於該空調裝置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之主動式二氧化碳濃度調控及風場均勻化之系統，其中該入風口之設置高度高於該抽吸口之設置高度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之主動式二氧化碳濃度調控及風場均勻化之系統，其中更包含至少一導流板，該導流板設置於該房舍之牆面。
6. 如申請專利範圍第5項所述之主動式二氧化碳濃度調控及風場均勻化之系統，其中該導流板具有弧度。
7. 如申請專利範圍第1項所述之主動式二氧化碳濃度調控及風場均勻化之系統，其中更包含至少一個二氧化碳濃度感測器，該二氧化碳濃度感測器與該抽吸裝置電性連接，由該二氧化碳濃度感測器感測該二氧化碳之濃度到達一設定值時，啟動該抽吸裝置將該二氧化碳抽吸出該房舍外。
8. 如申請專利範圍第1項所述之主動式二氧化碳濃度調控及風場均勻化之系統，其中該空調裝置、該抽吸裝置電性連接於一控制裝置，由該控制裝置控制該空調裝置及該抽吸裝置工作。