丹麦温室动态环控技术

丹麦为北欧四国之一，也是北欧的园艺作物生产国。使用的温室覆盖材料完全为玻璃。总生产面积500公顷，其中300公顷为观赏植物，252公顷做为花卉生产。在2004年观赏植物的输出总值为700万美金(占所有生产总值81%)。最大的输出国家为德国(35%)，其次为瑞典(18%)与英国(11%)。相关就业人员为8,000人。换言之每公顷作业人力为16人。种植作物60%为观赏植物，14%为种苗，17%为蔬菜，其余5%为果菜与草莓类。

　　由于位于温带地区，温室主要的环控问题为冬季的加温与夏季的降温。加温技术是利用热水炉中央系统，以热水管输送热源至温室内部。降温技术则是以天窗开启引入大气的空气以排除内部的累积热量。

　　在冬季，温室的温度控制除了利用加温热水管也配合使用节能布。天然气燃烧后产生的二氧化碳则可以施用于温室内部。环控作业最大的限制因子为阳光光量不足，光周期太短。

　　在夏天，阳光的光量则太高，但是使用遮荫网即可以调节。以遮荫作业配合自然通风可以达到降温要求。因为采用自然通风作业，温室内外的二氧化碳浓度完全相同。

　　在传统的环控作业中，温度、二氧化碳浓度与光量的设定值都是定値(fixed values)。不论外界大气环境如何变化，环控的目的都是在于维持温室内部一定的环境。由于温室内部环境缺少变化，栽培的植物在贩售之后对于环境的应力忍受程度不良。近年来油价不断高涨因此温室生产成本也不断增加。

　　为了解决上述两大问题，丹麦温室产业开始推展温室动态环控技术(Dynamic climate control technique)。此种动态环控技术的特色即是调整原来的设定值(Setting values)，例如日温、夜温、光量与二氧化碳浓度的设定值已不再是固定不变的数值，而是随着外界大气的日照量，大气温度，与温室内植物环境的微气候加以调整。基于如此需求，新式环控计算机(称为IntelliGrow系统)具备如下功能：

　　1 .收集与记录各型传感器的量测值。

　　2 .以光合作用模式计算最佳控制条件，例如温度或二氧化碳浓度。

　　3 .以此最佳条件为控制设定点，藉由控制设备进行控制动作。

　　因此此型环控系统的作业意义在于自物理条件考虑转变为生物本体条件的考量。

　　在此种控制策略下，日温与夜温设定不再是一定数值。例如在阳光光量足够的晴朗天气，可以提高日温设定值，因此天窗开启的时间比传统控制更少。天窗未开启时，可以持续提高二氧化碳浓度。由于温室内有较高的温度、较高的二氧化碳与较多的阳光，因此光合作用能力加强，植物生长速率增加。在阳光不足的季节，植物光合作用速率的曲线在低温范围(例如20℃)就开始成平滑分布(图1)。换言之在低光量环境下(400 )，气温20-30℃的环境内，光合作用速率都是相同。在低温低光状态，除非以人工光源补充大量光能，否则提高温度对于光合作用并无助益。因此温室内低温设定值可以再降低，由此可以节省加温使用的能源。此IntelliGrow环控系统主要的作用即是以大气中阳光光量为主要影响因子，用以作为调节温度与二氧化碳的依据。

　　对IntelliGrow系统而言，主要的组成是各式传感器、数据记录器、控制策略计算软件。感测的对象包括大气环境、温室内部环境与作物本身状态。对植物而言，量测对象包括接近植物附近的温度与二氧化碳浓度，植物上方与植株下方的阳光光量。这些量测値经由计算后调整控制设定值再重新调节内部微气候。

　　以此种动态环控技术的作业结果，日温的设定范围为15-30℃，夜温最低値为15℃。在春秋两季，遮荫网作用时间减少，允许更多阳光进入温室。在多云的季节，温度维持15℃，在夏季强光时期日温控制于30℃。在日落之前，遮荫网立刻动作以兼用作为节能材料，因此温室内气温不至于立刻散失。由于气温降低速率减缓，也减少了温室内空气结露成水滴的机会，因而减少病害。

　　由于夜温的设定更低，日温设定更高，天窗作用时间减少，利用了更多的太阳能，因此能源可节省10-30%。在实际运作的长期试验结果，作物产量增加8-10%。实际栽培面对的主要问题是高温高光量对一些作物产生日烧现象，此问题可由水份供应与养份调整可加以改善。

　　此环控作业的持续探讨问题包括日长或夜长时间，作物每日的高低温差値等对于作物生长的影响。在作物生理的量测研究包括如下子题：

　　1 .叶片与大气的气体交换率

　　2 .叶片气孔开度(使用气孔计Porometer)

　　3 .叶片的耗氧量

　　4 .光合作用速率(采用萤光量测技术)

　　5 .水份状态(使用Psykometer仪器)

　　目前持续进行的研究项目包括：

　　1 .日夜温度对植物Source与Sink关系

　　2 .低温状态 根/芽(Shoot) 的发育影响

　　3 .动态环境下植物茎部伸长状态

　　4 .叶温的最佳量测技术