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1 荷 蘭 與 日 本 植 物 工 場 最 新 發 展 蔡 致 榮 1 邱 相 文 行 政 院 農 業 委 員 會 農 業 試 驗 所 研 究 員 兼 主 任 秘 書 行 政 院 農 業 委 員 會 農 業 試 驗 所 農 業 工 程 組 助 理 研 究 員 2 摘 要 荷 蘭 園 藝 作 物 發 展 成 功, 以 蔬 菜 水 果 花 卉 植 物 球 根 和 苗 木 等 項 目 為 主, 其 中 蔬 菜 和 鮮 花 出 口 量 為 世 界 第 一, 鮮 花 產 量 佔 全 球 市 場 的 五 成 以 上 在 農 產 貿 易 方 面, 荷 蘭 為 全 球 第 二 大 農 產 品 出 口 國, 僅 次 於 美 國, 園 藝 栽 培 技 術 幾 乎 全 數 採 取 設 施 栽 培, 且 自 動 化 程 度 高, 相 關 栽 培 經 驗 與 重 點 技 術 值 得 國 內 產 業 生 產 改 進 參 考 荷 蘭 最 新 發 展 的 園 藝 作 物 永 續 節 能 溫 室 生 產 技 術 與 應 用, 包 括 溫 室 內 部 微 氣 候 環 境 量 測 遠 距 無 線 傳 輸 控 制 與 資 料 整 合 運 算 管 理 系 統 ; 蔬 花 產 業 環 保 節 能 設 施 策 略 與 荷 蘭 溫 室 設 備 高 效 環 保 節 能 系 統 ;LED 等 人 工 光 源 之 光 照 技 術 光 質 光 量 以 及 遠 端 自 動 監 測 控 制 系 統 整 合 等 相 關 資 材 整 合 另 歐 盟 各 國 對 於 綠 色 能 源 利 用 的 研 究 與 推 廣 工 作 成 效 卓 著, 可 參 考 引 進 先 進 技 術 與 理 念, 應 用 於 病 蟲 害 發 生 管 理, 以 減 少 農 藥 使 用 量, 降 低 化 學 藥 劑 殘 留 風 險, 進 而 達 到 周 年 生 產 高 品 質 安 全 的 農 產 品 植 物 工 場 為 一 種 在 氣 密 性 較 高 的 栽 培 設 施 環 境 下, 實 現 對 植 物 生 長 環 境 與 營 養 需 求 提 供 最 佳 化 條 件 精 準 調 控 的 作 物 栽 培 體 系, 並 利 用 高 科 技 化 的 栽 培 輔 助 設 施 結 構 的 投 入 應 用, 建 構 一 種 可 以 達 成 高 產 能 安 全 性 與 無 季 節 性 限 制 的 植 物 生 產 體 系 日 本 在 植 物 工 場 推 動 與 發 展 已 經 邁 入 第 三 波 的 發 展 熱 潮, 目 前 的 技 術 發 展 經 驗 與 推 展 成 效, 已 經 位 居 領 先 全 世 界 各 農 業 科 技 先 進 國 家 之 地 位, 植 物 工 場 的 產 業 技 術 也 已 經 實 際 被 日 本 民 間 與 農 企 業 界 所 廣 泛 應 用, 進 行 植 物 工 場 商 業 化 的 生 產 運 轉 與 相 關 產 品 的 販 售 關 鍵 詞 : 植 物 工 場 設 施 栽 培 節 能 溫 室 周 年 生 產 1. 緒 論 人 類 工 業 化 蓬 勃 發 展, 溫 室 氣 體 (GHG) 大 量 排 放, 造 成 全 球 暖 化 與 氣 溫 逐 年 攀 升, 使 得 不 尋 常 的 極 端 氣 候 發 生 頻 率 增 加, 這 種 氣 候 變 遷 的 現 象, 對 於 農 業 生 產 勢 必 造 成 嚴 峻 的 考 驗, 所 以 包 括 台 灣 地 區 在 內, 採 行 設 施 溫 網 室 栽 培 的 比 例 與 日 俱 增, 其 中 又 以 園 藝 作 物 之 各 類 蔬 菜 花 卉 及 種 苗 等 為 最 荷 蘭 總 面 積 ( 約 41,000 平 方 公 里 ) 較 台 灣 稍 大, 無 高 山 峻 嶺, 人 口 ( 約 1,600 多 萬 人 ) 較 台 灣 少 約 1/3, 人 口 密 度 約 每 平 方 公 里 400 人, 屬 於 歐 洲 人 口 密 度 較 高 的 國 家 荷 蘭 土 地 資 源 並 不 豐 富, 農 業 和 非 農 業 用 地 分 別 佔 70% 和 30%, 然 而 泰 半 人 口 從 事 與 農 業 相 關 工 作, 且 園 藝 作 物 實 施 溫 室 栽 培 者 逾 萬 公 頃, 生 產 額 占 農 業 總 產 值 (197 億 歐 元 ) 的 39% 強, 自 然 成 就 其 為 全 球 之 農 業 大 國 荷 蘭 園 藝 作 物 發 展 成 功, 以 蔬 菜 水 果 花 卉 植 物 球 根 和 苗 木 等 項 目 為 主, 其 中 蔬 菜 和 鮮 花 出 口 量 為 世 界 第 一, 鮮 花 產 量 佔 全 球 市 場 的 五 成 以 上 在 農 產 貿 易 方 面, 荷 蘭 為 全 球 第 二 大 農 產 品 出 口 國, 僅 次 於 美 國, 園 藝 栽 培 技 術 幾 乎 全 數 採 取 設 施 栽 培, 且 自 動 化 程 度 高, 相 關 栽 培 經 驗 與 重 點 技 術 值 得 國 內 產 業 生 產 改 進 參 考 日 本 在 植 物 工 廠 產 業 的 發 展 具 有 世 界 前 ~1~

2 精 密 設 施 工 程 與 植 物 工 場 實 用 化 技 術 研 討 會 專 輯 端 水 準, 建 立 植 物 工 廠 化 的 生 產 技 術, 是 達 到 高 產 量 與 產 值, 提 升 農 業 競 爭 能 力 的 重 要 方 法 ; 此 外, 糧 食 危 機 也 可 以 透 過 植 物 工 場 立 體 化 栽 培, 倍 增 產 量 來 因 應 由 於 植 物 工 廠 化 生 產, 可 完 全 控 制 生 產 環 境, 運 用 在 高 價 值 的 作 物 生 產 上, 可 強 化 農 業 競 爭 力, 並 提 升 農 業 產 值 ; 在 設 計 上 結 合 養 液 栽 培 零 排 放 和 能 源 利 用 之 規 範, 係 友 善 環 境 的 生 產 體 系 同 時 發 展 並 推 動 植 物 工 廠 化 生 產, 不 僅 可 創 造 農 業 之 新 營 運 模 式, 為 工 業 創 造 新 產 業 平 台, 也 可 為 我 國 社 會 創 造 新 商 業 模 式 與 就 業 機 會, 因 此, 植 物 工 廠 的 發 展 與 推 動 將 可 達 成 環 境 社 會 與 經 濟 三 贏 的 農 業 生 產 目 標 本 文 針 對 荷 蘭 的 永 續 節 能 溫 室 生 產 技 術 與 應 用 及 日 本 植 物 工 廠 發 展 現 況, 探 討 荷 蘭 與 日 本 植 物 工 場 最 新 發 展, 期 望 相 關 技 術 的 整 理 呈 現 有 利 未 來 各 類 管 理 技 術 與 高 效 節 能 設 備 得 以 在 國 內 整 合 運 用, 以 降 低 農 作 物 生 產 成 本, 並 使 用 潔 淨 能 源 以 符 合 環 保 需 求, 進 而 提 升 台 灣 蔬 菜 花 卉 等 園 藝 作 物 之 永 續 經 營 與 國 際 競 爭 能 力 2. 荷 蘭 的 永 續 節 能 溫 室 生 產 技 術 與 應 用 2.1 Zonneterp 溫 室 村 概 念 Zonneterp 溫 室 村 包 括 生 態 住 宅 區 作 為 能 量 產 製 溫 室 ( 圖 1), 是 符 合 生 態 永 續 性 環 境 友 善 性 與 經 濟 可 行 性 之 解 決 方 案 其 概 念 呈 現 具 有 分 散 式 水 與 廢 水 處 理 設 施, 並 以 溫 室 產 生 熱 能 提 供 社 區 此 設 計 係 基 於 在 夏 天 從 太 陽 輻 射 捕 獲 過 剩 熱, 熱 能 被 儲 存 在 地 下 自 然 水 池 ( 地 下 儲 水 層 ) 中, 並 在 夜 裡 或 冬 天 使 用 以 暖 和 溫 室 能 量 平 衡 顯 示 仍 有 足 夠 能 量 剩 下 可 用 以 加 熱 大 量 之 房 子 ( 據 估 算 2 公 頃 溫 室 可 以 加 熱 達 200 戶 房 子 ) 另 外, 溫 室 可 提 供 自 來 水 處 理 廢 水 並 產 製 電 力, 整 個 溫 室 組 合 在 能 源 與 水 方 面 係 屬 自 足, 並 循 環 再 利 用 營 養 與 碳 此 概 念 仍 非 常 先 進, 雖 有 示 範 計 畫 目 前 並 無 實 際 成 果, 其 進 一 步 發 展 仍 值 得 持 續 觀 察 圖 1. 溫 室 村 之 技 術 佈 局 (Andel et al., 2007) 圖 2. 溫 室 與 住 房 區 塊 之 微 氣 候 控 制 系 統 (Andel et al., 2007) 圖 2 顯 示 能 量 產 製 溫 室 微 氣 候 控 制 所 用 熱 能 ( 並 非 電 ) 系 統 此 概 念 為 夏 天 吸 收 過 剩 熱 能, 且 將 其 以 溫 水 形 式 貯 存 在 地 下 儲 水 層 中, 然 後 具 特 殊 專 利 權 的 熱 交 換 器 可 將 溫 室 氣 溫 保 持 在 30 下, 並 把 溫 度 11 的 地 下 水 加 溫 到 此 熱 交 換 器 移 除 溫 室 中 過 剩 熱 能 ( 大 約 25 ), 而 且 以 23 至 24 的 水 加 熱 周 圍 居 住 房 子, 這 種 同 時 完 成 移 除 過 剩 熱 能 與 低 溫 加 熱 的 技 術, 便 是 倚 靠 細 線 熱 交 換 器 (Fine Wired Heat Exchangers, FiWiHEx) 細 線 熱 交 換 器 特 別 適 合 小 溫 差 下 熱 量 的 有 效 交 換, 由 於 與 強 制 空 氣 循 環 結 合, 其 冷 卻 與 加 熱 空 氣 的 效 果 比 傳 統 板 狀 熱 交 換 器 有 效 達 22 倍 (COP 值 可 達 60), 能 讓 23 至 24 的 水 加 熱 所 居 住 的 房 子 圖 3 為 溫 室 中 實 際 使 用 編 織 式 細 線 熱 交 換 器 以 移 除 過 剩 熱 能 的 情 形 與 其 間 流 體 熱 交 換 示 意 圖, 其 在 每 40m 2 溫 室 地 板 面 積 一 個 細 線 熱 交 換 器 的 密 度 下 安 裝 於 番 茄 植 行 間, 最 ~2~

3 大 冷 卻 功 率 為 25kW, 而 從 植 栽 葉 冠 正 上 方 經 由 透 明 塑 膠 管 煙 囪 吸 入 暖 空 氣, 並 於 地 板 上 與 植 物 生 長 所 在 之 介 質 槽 間 以 水 平 方 向 吹 出 和 暖 之 空 氣 流 ( 大 約 1 m/s) 使 用 23 至 24 的 地 下 儲 水 層 將 溫 室 村 居 住 房 子 加 熱, 成 為 最 低 能 量 需 求 的 溫 室 加 熱 房 子 (greenhouse-heated houses), 主 要 透 過 輻 射 加 熱 (radiation heating) 並 輔 以 細 線 空 氣 加 熱, 藉 由 捲 繞 式 空 氣 / 空 氣 熱 交 換 器 結 合 呼 吸 窗 (breathing windows) 而 達 成 ( 如 圖 4 所 示 ) 地 板 牆 壁 與 天 花 板 之 管 線 所 組 成 的 加 熱 與 冷 卻 系 統, 溫 室 村 終 年 提 供 空 調, 並 根 據 需 求 傳 遞 熱 能 與 進 行 冷 卻 荷 蘭 法 律 規 定 地 下 儲 水 層 整 年 能 量 平 衡 須 保 持 中 性, 而 且 溫 度 不 能 超 過 25 以 避 免 土 壤 加 熱 或 冷 卻 過 慢, 同 時 冷 卻 塔 也 得 加 到 設 計 中 以 保 持 平 衡 圖 3. 溫 室 中 實 際 使 用 編 織 式 細 線 熱 交 換 器 以 移 除 過 剩 熱 之 情 形 ( 上 ) 與 其 間 流 體 熱 交 換 示 意 圖 ( 下 )(Nederhoff, 2006) 這 項 技 術 不 僅 解 決 超 密 閉 防 透 風 房 子 必 須 通 風 ( 耗 費 大 約 35% 至 45% 之 能 量 ) 之 問 題, 而 且 較 新 分 散 式 CO 2 控 制 型 立 窗 通 風 可 讓 空 氣 從 住 居 內 部 至 外 界 極 低 溫 狀 況 下 獲 得 95% 的 能 量 適 於 熱 貯 存 之 地 下 儲 水 層 由 成 層 的 隔 離 砂 分 隔 ( 互 層 之 砂 質 含 水 層 ), 而 隔 離 砂 可 維 持 其 中 儲 水 溫 度, 大 多 數 的 荷 蘭 地 區 均 有 這 類 砂 質 地 下 儲 水 層 居 住 用 的 房 子 必 須 裝 設 由 圖 4. 捲 繞 式 空 氣 / 空 氣 熱 交 換 器 之 最 先 概 念 ( 上 ) 與 置 於 建 築 物 正 面 之 呼 吸 窗 雛 型 ( 下 ) (Kristinsson, 2006a) 2.2 荷 蘭 溫 室 之 環 控 與 監 測 系 統 荷 蘭 園 藝 目 前 的 高 優 先 議 題 是 經 濟 可 行 性 生 產 效 率 能 源 成 本 勞 力 成 本 與 可 得 性, 以 及 社 會 的 較 高 需 求 與 永 續 性 而 2011 年 的 研 究 主 要 集 中 在 永 續 與 節 能 溫 室 水 與 排 放 先 進 作 物 與 生 產 系 統 作 物 與 產 品 品 質 的 感 測 器 技 術 及 永 續 性 作 物 防 治, 而 且 2010 至 2011 期 間 WUR Greenhouse Horticulture 也 以 其 所 發 展 模 式 化 整 合 再 設 計 達 成 適 應 性 溫 室 (adaptive greenhouse)" ~3~

4 精 密 設 施 工 程 與 植 物 工 場 實 用 化 技 術 研 討 會 專 輯 的 技 術, 與 土 耳 其 阿 布 達 比 馬 來 西 亞 及 挪 威 等 國 合 作 研 究 WUR 溫 室 園 藝 創 新 及 展 示 中 心 試 驗 溫 室 ( 圖 5) 環 境 控 制 ( 圖 6) 電 腦 區 域 ( 圖 7) 與 監 測 ( 圖 8 與 圖 9) 的 一 般 公 共 設 施, 在 這 些 公 共 設 施 支 援 下, 各 試 驗 溫 室 隔 間 可 依 需 求 個 別 設 定, 可 謂 相 當 完 善 圖 5. WUR 創 新 及 展 示 中 心 試 驗 溫 室 2.3 節 能 溫 室 設 計 概 念 與 應 用 狀 況 荷 蘭 設 施 園 藝 發 展 以 不 使 用 石 化 能 源 為 發 展 目 標, 進 而 將 溫 室 視 為 能 量 來 源 發 展 節 能 溫 室, 並 設 定 以 至 2020 年 CO 2 排 放 應 較 1990 年 減 少 48%, 亦 即 減 排 3.3 Mton; 每 年 應 提 高 能 源 使 用 效 率 2%; 設 施 生 產 使 用 永 續 能 源 應 達 20% 及 應 具 備 經 濟 可 行 性 設 施 發 展 概 念 等 目 標 而 努 力 一 項 針 對 2000 年 與 2009 年 能 源 使 用 分 析 顯 示 : 天 然 氣 使 用 量 由 m 3 增 加 至 m 3 ;CO 2 排 放 量 由 6.5 Mton 減 少 至 5.1 Mton; 淨 發 電 量 由 m 3 增 加 至 m 3 ; 永 續 能 源 使 用 率 由 0.1% 增 加 至 1.3%; 每 單 位 產 量 能 源 使 用 率 由 82% 降 低 至 47%, 在 在 顯 示 荷 蘭 溫 室 產 學 各 界 在 節 能 減 碳 發 展 的 重 視 及 研 究 成 果 在 2005 年 一 項 節 能 溫 室 設 計 競 賽 Design an energy-neutral greenhouse 中 有 三 型 設 計 獲 勝, 並 依 其 設 計 概 念 建 置 示 範 溫 室 於 WUR 創 新 及 展 示 中 心 供 進 行 相 關 栽 培 試 驗, 此 三 型 溫 室 分 別 為 : 圖 6. 試 驗 溫 室 的 環 境 控 制 裝 置 圖 8. 養 液 供 應 控 制 系 統 圖 7.WUR 創 新 及 展 示 中 心 試 驗 溫 室 雙 螢 幕 控 制 電 腦 圖 9. 各 區 溫 室 的 養 液 調 配 儲 存 桶 ~4~

5 1. Sunergy Greenhouse 顧 名 思 義 Sunergy Greenhouse 設 計 重 點 在 於 最 大 太 陽 光 量 的 應 用 及 結 合 最 佳 技 術 應 用 於 園 藝 生 產 上, 主 要 設 計 概 念 在 於 陽 光 利 用 率 愈 高 就 愈 能 節 能 為 了 在 相 對 高 溫 時 能 夠 收 穫 太 陽 能 源, 它 在 高 太 陽 輻 射 的 時 期 被 關 閉, 但 在 陰 天 與 夜 晚 期 間 讓 外 界 較 乾 空 氣 進 來 以 供 除 濕 目 的 此 型 溫 室 ( 圖 10) 被 覆 材 料 使 用 抗 反 射 玻 璃, 溫 室 高 7 公 尺 並 使 用 輕 量 結 構 且 無 通 風 氣 窗, 微 氣 候 控 制 使 用 熱 水 經 軌 道 式 鐵 管 加 溫 ( 圖 11), 降 溫 則 使 用 冷 空 氣 配 合 風 扇 (top cooler) 進 行 熱 交 換, 可 降 溫 至 20 設 置 雙 層 節 能 網 降 低 熱 損 失, 並 引 入 外 界 乾 空 氣 除 濕, 冬 季 加 溫 熱 源 則 使 用 於 夏 季 儲 存 於 地 下 水 體 的 熱 源 高 架 的 冷 卻 單 元 (overhead cooling units, 每 100 m 2 一 個 ) 作 動 時, 以 每 平 方 公 尺 溫 室 每 小 時 40m 3 進 行 循 環 空 氣 流 不 能 被 改 變, 因 此 冷 卻 的 力 量 係 以 冷 卻 水 流 ( 溫 度 被 維 持 在 11 ) 而 被 控 制 空 氣 處 理 單 元 (air treatment unit) 以 經 由 在 植 槽 下 面 的 空 氣 導 管 以 每 平 方 公 尺 每 小 時 5 至 15 m 3 的 可 控 制 流 率 吹 送 空 氣 進 入 溫 室 空 氣 可 被 從 外 面 與 溫 室 內 部 以 一 可 控 制 比 率 而 獲 得 當 溫 室 變 得 太 潮 濕 時, 外 界 空 氣 被 導 入 當 空 氣 取 自 內 部 時, 空 氣 處 理 單 元 可 被 用 以 改 進 均 勻 度 圖 11. 軌 道 式 加 溫 管 路 Sunergy Greenhouse 總 體 性 能 如 下 :1. 當 適 度 的 能 源 消 耗 與 CO 2 投 入 被 考 量 時, 產 量 黃 瓜 達 30g/MJ 外 界 輻 射, 而 番 茄 達 20g/MJ 外 界 輻 射, 兩 者 都 是 高 的 2. 由 於 熱 力 網 的 密 集 使 用 與 高 濕 度 的 接 受, 此 溫 室 的 耗 熱 量 只 在 每 年 每 平 方 公 尺 32 m 3 左 右, 其 大 約 比 荷 蘭 一 般 慣 例 低 25% 3. 由 於 在 晴 朗 與 溫 暖 日 子 的 期 間 溫 室 保 持 關 閉 的 事 實, 內 部 CO 2 濃 度 可 在 只 有 100 kg/(ha.h) 的 供 應 率 下 被 維 持 在 900 與 1000 ppm 之 間, 這 大 約 是 荷 蘭 蔬 菜 溫 室 所 用 平 均 供 應 率 的 40% 4. 一 年 當 中, 此 溫 室 已 經 儲 存 每 年 每 平 方 公 尺 500 MJ 的 剩 餘 熱 此 意 即 太 陽 能 源 溫 室 可 提 供 太 陽 熱 能 給 使 用 熱 幫 供 加 熱 的 非 密 閉 溫 室 根 據 此 第 一 次 測 量 時 期 的 結 果, 為 提 供 長 期 熱 中 立 的 季 節 性 儲 存 系 統, 密 閉 與 非 密 閉 溫 室 間 的 面 積 比 率 大 約 是 1 比 1 因 此, Sunergy Greenhouse 節 能 溫 室 為 可 能 商 品 化 推 廣 應 用 的 設 計 型 式, 適 合 果 菜 類 作 物 栽 培, 特 別 是 應 用 於 胡 瓜 栽 培 圖 10. Sunergy 節 能 溫 室 的 配 備 2. Sun Wind Greenhouse (Zon Wind Kas) 此 型 節 能 溫 室 ( 圖 12) 使 用 創 新 的 百 葉 板 設 計 吸 收 太 陽 熱 幅 射 用 以 加 熱 熱 水, 加 熱 溫 度 可 達 65, 並 將 熱 水 儲 存 於 溫 室 下 的 暫 存 水 槽 以 備 冬 季 加 溫 使 用, 在 南 向 的 溫 室 屋 頂 雙 層 玻 璃 間 設 計 可 調 整 式 太 陽 能 收 集 百 葉 板 ( 圖 13) 裝 置, 當 溫 室 需 要 加 溫 時, 使 用 暫 存 水 槽 內 熱 水 經 加 溫 系 統 加 溫 在 實 際 應 用 上,Sun Wind Greenhouse 也 可 使 用 風 車 發 電 提 供 溫 室 所 需 電 力 ~5~

6 精 密 設 施 工 程 與 植 物 工 場 實 用 化 技 術 研 討 會 專 輯 圖 12.Sun Wind 節 能 溫 室 原 理 (a balance ventilation system for heat regain), 會 於 溫 室 除 濕 時 由 潮 溼 空 氣 回 收 熱 量, 並 以 被 加 熱 至 溫 室 內 溫 度 之 外 界 乾 空 氣 進 行 均 勻 分 布 之 通 風 在 實 際 應 用 發 現, 番 茄 植 株 生 長 良 好 並 可 提 早 一 週 採 收, 雖 產 量 與 傳 統 溫 室 相 當, 但 能 源 使 用 相 對 較 少, 可 節 省 約 43% 之 能 源 ; 應 用 於 胡 瓜 栽 培 方 面, 可 節 省 62% 的 能 源, 平 均 產 量 約 為 21 kg/m 2 較 好 的 絕 熱 功 能 使 溫 室 氣 溫 上 昇 得 較 快, 降 低 果 實 結 露 的 機 率, 同 時 可 減 少 加 溫 管 路 的 設 計 圖 13. 溫 室 屋 頂 百 葉 板 太 陽 能 加 熱 管 路 3. Flow Deck Greenhouse 此 型 節 能 溫 室 屋 頂 使 用 雙 層 被 覆 材, 其 間 設 計 有 水 流, 除 提 供 溫 室 更 好 的 絕 熱 效 果 外, 水 流 並 可 吸 收 及 收 集 熱 源, 並 使 溫 室 內 溫 度 保 持 低 溫, 通 常 冷 水 溫 度 約 9 加 熱 回 收 之 熱 水 溫 度 約 19~20, 收 集 的 熱 源 以 熱 水 型 態 儲 存 於 暫 存 水 槽 以 備 冬 天 使 用 此 型 溫 室 已 實 際 應 用 於 傳 統 的 Venlo 溫 室, 設 計 有 通 風 氣 窗, 微 氣 候 控 制 使 用 ClimecoVent 系 統, 除 濕 作 業 可 達 到 零 熱 損 失, 惟 有 漏 水 不 易 修 護 之 致 命 特 性 4. Venlow Energy Greenhouse 此 型 節 能 溫 室 為 WUR 創 新 及 展 示 中 心 示 範 最 低 通 風 的 溫 室 ( 圖 14), 在 2010 年 8 月 開 始 使 用, 其 屋 頂 使 用 雙 層 玻 璃, 主 要 節 能 設 計 在 於 較 好 的 絕 熱 功 能 及 較 多 的 太 陽 光 吸 收 應 用, 屋 頂 玻 璃 厚 3 mm, 尺 寸 為 m, 因 此 需 有 較 強 的 結 構 設 計 為 以 最 低 之 可 能 通 風 移 除 過 剩 太 陽 熱, 當 空 氣 濕 度 下 降 至 某 特 定 門 檻 時, 霧 化 冷 卻 被 立 即 啟 動, 而 裝 設 於 溫 室 牆 壁 的 熱 再 獲 得 平 衡 通 風 系 統 圖 14. VenLowEnergy 節 能 溫 室 5. Daylight Greenhouse 此 型 溫 室 屋 頂 使 用 聚 光 板 ( 圖 15 至 圖 17), 將 太 陽 光 聚 焦 於 收 集 器 用 於 發 電 儲 熱 及 控 制 光 量, 散 射 光 源 則 用 於 植 物 生 長 聚 光 板 使 用 光 照 感 測 器 控 制, 當 日 照 強 度 大 時 聚 焦 太 陽 光 用 於 發 電 或 儲 熱, 日 照 強 度 低 時 則 不 聚 光 而 讓 陽 光 直 接 進 入 溫 室 內, 藉 此 原 理 用 以 調 節 控 制 進 入 溫 室 之 光 量 據 指 出 Daylight Greenhouse 聚 光 設 計 發 電 量 約 為 16 kwh/m 2 /year, 加 熱 熱 源 約 為 4,000 MJ/m 2 /year, 惟 因 建 造 成 本 過 高, 目 前 僅 供 研 究 試 驗 用, 並 未 商 品 化 推 廣 圖 15. Daylight 節 能 溫 室 外 觀 ~6~

7 圖 16. Daylight 節 能 溫 室 設 計 原 理 能 低 成 本 的 植 物 工 廠 化 之 生 產 目 標 ( 圖 18) 由 於 千 葉 大 學 因 與 不 同 的 公 司 財 團 進 行 合 作 開 發 而 發 展 出 以 各 種 不 同 環 控 策 略 與 栽 培 措 施 而 達 到 不 同 目 標 的 陽 光 利 用 型 植 物 工 場, 其 中 包 括 提 高 生 產 量 提 高 栽 植 密 度 提 高 產 品 品 質 提 高 收 穫 期 的 果 實 整 齊 度 提 高 能 源 效 率 提 高 人 工 勞 動 效 率 減 少 肥 料 與 藥 劑 的 施 用 減 少 灌 溉 水 使 用 量 與 減 少 能 源 損 耗 等 策 略 來 達 到 提 高 產 量 降 低 生 產 成 本 與 節 省 能 源 等 目 標 圖 17.Daylight 節 能 溫 室 聚 光 板 屋 頂 結 構 3. 日 本 植 物 工 場 發 展 現 況 3.1 千 葉 大 學 植 物 工 場 佈 局 千 葉 大 學 目 前 為 日 本 學 術 界 在 植 物 工 場 研 究 發 展 的 代 表 典 範, 除 了 技 術 與 成 本 效 益 已 經 達 到 商 業 化 生 產 推 廣 之 等 級, 而 且 與 日 本 約 60 幾 家 企 業 公 司 進 行 植 物 工 廠 相 關 技 術 的 產 學 合 作 該 研 究 中 心 除 進 行 相 關 技 術 的 開 發 與 系 統 功 能 的 驗 證 之 外, 同 時 也 推 廣 植 物 工 場 之 技 術 發 展 經 驗 供 日 本 農 民 進 行 參 訪 及 教 育 訓 練 目 前 該 校 植 物 工 廠 發 展 中 心 主 要 的 負 責 人 丸 尾 達 教 授 指 出 在 千 葉 大 學 的 植 物 工 場 類 型 有 陽 光 利 用 型 陽 光 與 人 工 光 源 並 用 型 和 完 全 人 工 光 源 密 閉 型 等 三 種 類 型 目 前 運 轉 中 的 植 物 工 場 有 5 棟 陽 光 利 用 型 植 物 工 場 進 行 番 茄 的 栽 種 與 生 產, 以 及 2 棟 完 全 人 工 光 源 型 的 植 物 工 場 進 行 萵 苣 的 多 層 架 式 水 耕 栽 培, 該 中 心 利 用 多 樣 化 環 控 策 略 與 營 養 管 理 措 施 來 達 成 高 產 圖 18. 日 本 千 葉 大 學 植 物 工 場 配 置 圖, 其 中 有 5 棟 為 陽 光 利 用 型 植 物 工 廠 及 兩 棟 人 工 光 源 型 (Maruo Toru, Chiba University, Japan) 3.2 日 本 植 物 工 場 技 術 利 用 特 點 在 千 葉 大 學 陽 光 利 用 型 植 物 工 場 技 術, 可 以 將 其 應 用 特 點 區 分 為 幾 點 來 論 述 : 一 設 施 與 栽 培 結 構 : 利 用 高 透 光 型 的 塑 膠 薄 膜 以 增 加 陽 光 之 穿 透, 運 用 保 溫 與 濾 光 披 覆 材 料 的 應 用 進 行 光 照 與 溫 度 的 控 制 ; 利 用 可 移 動 床 架 來 增 加 種 植 密 集 度 可 充 份 利 用 空 間 ( 如 圖 19); 設 施 外 面 建 構 的 雨 水 回 收 利 用 系 統 更 可 以 增 加 水 資 源 的 利 用 ( 圖 20); 利 用 鋼 索 懸 吊 以 提 高 作 物 之 高 度 以 增 加 種 植 密 度 和 提 高 單 位 面 積 之 產 能 ( 圖 21); 增 加 設 施 頂 端 橫 樑 高 度 並 配 合 日 光 照 射 方 位 以 提 高 日 照 效 率 二 環 控 策 略 與 系 統 : 提 高 設 施 的 氣 密 性 並 阻 隔 地 面 能 量 的 傳 導, 可 在 設 施 內 達 到 較 高 精 準 的 環 境 條 件 控 制 ; 充 份 利 用 熱 泵 進 行 溫 度 與 濕 度 的 調 控 以 達 到 節 能 的 效 益 ; 施 ~7~

8 精 密 設 施 工 程 與 植 物 工 場 實 用 化 技 術 研 討 會 專 輯 用 CO 2 以 促 進 光 合 作 用 效 率 並 於 作 物 近 側 進 行 人 工 光 源 的 補 光 照 射 三 營 養 供 應 與 管 理 : 利 用 薄 膜 水 流 (NFT) 滴 灌 與 噴 霧 灌 溉 等 方 式, 進 行 養 液 的 回 收 與 再 利 用 措 施, 可 達 成 節 水 養 份 充 分 利 用 吸 收 與 零 排 放 的 目 的, 並 且 可 達 到 提 高 產 能 與 降 低 成 本 的 效 益 ; 進 行 養 液 溫 度 EC 值 ph 值 液 位 與 流 速 的 監 控 以 提 供 根 系 最 佳 化 的 生 長 條 件 四 栽 培 與 管 理 策 略 : 選 用 ( 育 ) 最 適 合 植 物 工 場 環 境 栽 種 與 高 產 量 之 品 種, 利 用 不 同 栽 植 時 段 的 控 制, 進 行 高 密 度 與 多 層 次 栽 植 以 達 穩 定 和 全 年 度 出 貨 的 目 標 ; 維 持 作 物 最 適 合 的 生 長 發 育 條 件, 並 發 揮 作 物 本 身 最 極 限 的 產 能 為 目 標 圖 19. 利 用 可 移 動 式 床 架 可 進 行 作 物 4 個 不 同 生 長 階 段 的 栽 培 管 理 與 進 行 內 部 空 間 的 調 節 運 用, 以 增 加 植 株 密 度 (Maruo Toru, Chiba University, Japan) 完 全 人 工 光 源 密 閉 型 植 物 工 廠 以 立 體 化 多 層 架 水 耕 栽 培 方 式, 並 利 用 T5 螢 光 燈 為 人 工 光 源 進 行 萵 苣 的 植 物 工 廠 化 生 產 為 提 高 單 位 面 積 之 產 能 而 達 到 降 低 生 產 成 本 的 目 的, 目 前 立 體 栽 培 層 架 於 人 工 進 行 作 業 的 情 況 下 可 達 成 10 層 的 高 效 率 栽 培 生 產 ( 圖 22) 空 間 規 劃 利 用 可 同 時 進 行 播 種 移 植 與 採 收 作 業, 在 406 平 方 公 尺 的 設 施 面 積 上, 一 天 可 以 達 成 收 穫 2000 棵 萵 苣 之 生 產 量, 並 且 可 穩 定 的 進 行 周 年 計 畫 性 生 產 在 栽 培 環 境 中 人 員 的 作 業 均 以 無 塵 室 的 作 業 規 範 進 行 服 裝 與 口 罩 手 套 等 衛 生 方 面 的 要 求, 因 此, 所 生 產 的 萵 苣 不 用 清 洗 即 可 以 安 心 的 進 行 生 食 為 了 節 省 電 費 與 增 加 人 工 光 源 的 效 率, 千 葉 大 學 利 用 曲 面 反 射 板 來 增 加 光 能 的 利 用 效 率 以 進 行 結 球 萵 苣 的 栽 培 ( 圖 23), 其 用 電 只 需 為 原 來 的 四 分 之 一, 目 前 之 生 產 成 本 已 經 可 以 與 露 天 栽 培 之 結 球 萵 苣 作 價 格 上 之 競 爭 使 用 人 工 光 源 完 全 密 閉 型 植 物 工 場 所 生 產 作 物 以 葉 菜 為 主, 包 括 萵 苣 菠 菜 與 藥 草 因 此, 千 葉 大 學 完 全 密 閉 型 植 物 工 場 之 特 點 為 : 一 不 受 天 候 影 響, 可 以 達 到 定 時 定 量 與 品 質 穩 定 之 要 求 二 不 受 地 域 限 制 三 單 位 面 積 生 產 效 率 高 四 水 份 肥 份 之 施 用 精 準, 無 農 藥 使 用 五 作 業 環 境 舒 適, 可 適 合 身 障 人 士 就 業 六 可 栽 培 多 樣 性 作 物 在 節 能 的 應 用 方 面, 丸 尾 達 教 授 同 時 提 到 東 京 燃 氣 曾 探 討 將 氫 氣 站 回 收 的 二 氧 化 碳 供 應 給 植 物 工 廠 使 用 的 成 本 與 效 益, 千 葉 大 學 也 進 行 評 估 向 植 物 施 予 回 收 二 氧 化 碳 的 效 果, 同 時 還 調 查 包 括 工 廠 內 冷 氣 及 換 氣 在 內 的 最 佳 二 氧 化 碳 供 給 方 法, 考 慮 向 設 施 園 藝 領 域 廣 泛 應 用, 並 探 索 將 來 與 氫 氣 站 相 鄰 建 設 植 物 工 場 的 可 行 性 圖 20. 設 置 有 雨 水 收 集 與 過 濾 再 利 用 系 統 可 充 份 利 用 水 資 源 ~8~

9 圖 21. 應 用 金 屬 線 將 番 茄 植 株 往 高 處 懸 吊 以 增 加 空 間 利 用 率 而 達 到 提 高 單 位 面 積 產 能 之 目 標 圖 22. 完 全 人 工 光 源 型 植 物 工 場 以 水 耕 栽 培 方 式 種 植 10 層 萵 苣 圖 23. 利 用 曲 面 反 射 板 增 加 人 工 光 能 的 利 用 效 率 以 進 行 結 球 萵 苣 的 栽 培 (Maruo Toru, Chiba University, Japan) 3.3 民 間 農 企 業 植 物 工 場 發 展 現 況 未 來 公 司 店 鋪 型 植 物 工 場 該 未 來 公 司 植 物 工 場 創 立 於 2004 年 9 月, 所 經 營 的 業 務 為 進 行 密 閉 型 植 物 工 場 水 耕 栽 培 系 統 的 研 究 開 發 設 計 與 設 備 的 販 售 施 工, 以 及 植 物 工 場 生 產 之 蔬 菜 產 品 販 賣 該 公 司 的 營 業 植 物 工 廠 店 鋪 位 於 千 葉 縣 松 戶 市 五 香, 是 一 間 展 示 密 閉 式 完 全 人 工 光 源 型 植 物 工 場 的 店 鋪, 並 且 有 櫥 窗 展 售 其 植 物 工 場 所 生 產 的 蔬 菜 店 鋪 內 之 植 物 工 場 面 積 約 有 20 坪 ( 圖 24), 因 為 該 植 物 工 場 為 日 本 最 早 設 立 的, 當 時 的 建 造 成 本 一 坪 約 100 萬 日 元, 投 資 金 額 約 達 2000 萬 日 元, 預 計 5 至 6 年 就 可 回 收 成 本 該 店 鋪 以 20 坪 的 單 位 面 積 進 行 7 層 的 立 體 化 水 耕 栽 培, 生 產 量 每 天 可 以 採 收 300 棵 萵 苣 等 蔬 菜, 若 是 栽 種 香 草 類 蔬 菜 每 天 約 可 採 收 600 棵, 目 前 的 經 營 規 模 已 經 有 營 業 利 潤, 並 有 接 受 其 他 公 司 的 委 託 進 行 植 物 工 場 的 規 劃 設 計 與 施 工 業 務 因 為 其 生 產 的 產 品 以 安 全 衛 生 的 方 法 進 行 生 產, 在 密 閉 的 全 環 控 條 件 下 沒 有 病 蟲 害 的 污 染, 並 沒 有 施 用 任 何 農 藥, 因 此 產 品 不 用 清 洗 便 可 以 安 心 的 生 吃 食 用 ( 圖 25), 其 客 戶 對 象 大 部 份 為 高 級 餐 廳 與 超 市 該 公 司 同 時 接 受 委 託 替 人 設 計 1~500 坪 的 植 物 工 場, 並 且 提 供 未 來 的 栽 培 技 術 和 顧 問 諮 詢, 因 此 不 具 農 業 專 業 的 人 也 可 以 很 簡 單 的 在 其 所 建 設 的 植 物 工 場 內 栽 種 蔬 菜, 擁 有 土 地 或 建 築 物 的 人 可 以 活 化 利 用 其 未 善 加 利 用 的 空 間 以 植 物 工 場 來 進 行 清 潔 衛 生 蔬 菜 的 栽 培, 無 論 是 自 產 自 用 或 是 開 創 新 事 業 都 可 利 用 植 物 工 場 來 達 成 從 未 來 公 司 的 發 展 經 驗 中 我 們 可 以 發 現 完 全 人 工 光 源 型 的 植 物 工 廠 其 初 期 投 資 的 成 本 非 常 的 多, 而 且 營 運 的 電 費 成 本 很 高, 尤 其 在 人 工 光 源 上 的 用 電 約 佔 用 電 量 的 50% 因 此, 為 了 要 能 符 合 經 濟 效 益, 所 選 擇 種 植 的 作 物 以 較 高 經 濟 性 與 短 生 長 週 期 性 的 葉 菜 類 或 香 料 類 作 物 為 主 在 台 灣 許 多 超 市 與 餐 廳 已 經 有 利 用 完 全 人 工 光 源 型 的 植 物 工 場 進 行 香 料 作 物 與 生 菜 類 萵 苣 的 生 產, 但 規 模 都 還 太 小 且 以 展 示 櫥 窗 為 主, 若 能 比 照 未 來 公 司 的 模 式 進 行 約 20 坪 面 積 的 多 層 次 式 立 體 栽 培, 相 信 亦 可 以 達 到 合 乎 經 濟 效 益 規 模 的 ~9~

10 精 密 設 施 工 程 與 植 物 工 場 實 用 化 技 術 研 討 會 專 輯 植 物 工 廠 化 生 產, 以 自 產 自 銷 的 方 式 供 應 給 消 費 者 安 全 沒 有 農 藥 施 用 的 生 食 蔬 菜 圖 24. 未 來 公 司 五 香 店 內 之 立 體 水 耕 栽 培 植 物 工 廠 圖 25. 未 來 公 司 植 物 工 廠 店 鋪 櫥 窗 所 展 示 的 蔬 菜 與 免 洗 即 可 生 食 之 葉 萵 苣 菜 野 菜 工 房 股 份 有 限 公 司 建 置 與 營 運 野 菜 工 房 位 於 東 京 西 北 方 的 埼 玉 縣 秩 父 市 的 工 業 區 內, 原 先 為 一 間 電 子 工 廠, 目 前 由 野 菜 工 房 株 式 會 社 承 租 下 來, 進 行 植 物 工 場 葉 菜 類 蔬 菜 的 栽 培 生 產 與 販 賣 ( 圖 26) 該 廠 是 以 利 用 租 用 已 停 工 之 電 子 工 廠 廠 房 進 行 植 物 工 場 的 建 置 與 銷 售 營 運, 可 以 大 量 削 減 建 築 本 體 的 設 備 成 本 該 廠 之 栽 培 面 積 為 430 平 方 公 尺, 為 完 全 人 工 光 源 型 多 層 架 立 體 化 水 耕 栽 培 之 模 式, 使 用 光 源 為 白 色 螢 光 燈, 數 量 有 1800 支 燈 管, 照 度 約 為 15,000 Lux, 日 照 時 間 設 定 在 16~18 小 時, 環 境 溫 度 以 4 台 10 馬 力 冷 氣 配 合 布 袋 風 管 進 行 空 調, 栽 培 室 溫 度 管 理 在 20~24 之 間, 清 靜 度 等 級 為 10 萬 等 級 環 控 條 件 方 面 濕 度 設 定 管 理 在 60 ±10% 二 氧 化 碳 濃 度 為 1000 ppm 以 3 層 之 立 體 化 承 架 栽 培, 每 層 可 定 植 7 列, 日 產 約 可 達 到 1000 棵 之 萵 苣 產 量 養 液 供 應 方 式 以 對 作 物 根 部 進 行 噴 霧 式 水 耕 栽 培 ( 圖 27), 並 利 用 微 酸 性 電 水 進 行 廠 房 與 栽 培 承 盤 的 殺 菌 消 毒 作 業 噴 霧 式 水 耕 栽 培 的 特 點 有 : 使 根 部 更 加 健 康 的 成 長 降 低 細 菌 的 滋 生 水 的 使 用 量 較 少 與 肥 料 的 使 用 量 較 少, 但 所 需 的 噴 霧 栽 培 槽 會 比 較 大 相 對 的, 蓄 液 式 水 耕 的 蓄 液 槽 較 小, 可 進 行 種 植 的 層 數 可 以 比 噴 霧 式 多 且 設 備 簡 單, 同 時 其 水 與 肥 料 的 使 用 量 也 相 對 會 較 多 野 菜 工 房 強 調 他 們 的 農 法 是 栽 培 與 自 然 站 在 同 一 邊 的 eco: 完 全 無 農 藥 水 的 使 用 量 為 露 地 栽 培 的 5 分 之 1 肥 料 的 使 用 量 為 露 地 栽 培 的 7 分 之 1 周 藤 一 之 社 長 補 充 說 根 據 東 京 大 學 沖 繩 研 究 室 的 資 料, 一 般 野 地 栽 培 種 植 一 株 生 菜 (65 g 換 算 ) 要 使 用 11 公 升 的 水, 野 菜 工 房 只 使 用 2.3 公 升, 茨 城 縣 的 施 肥 基 準 栽 培 一 株 生 菜 (65 g 換 算 ) 所 使 用 的 肥 料 ( 氮 基 礎 ) 為 0.54g, 野 菜 工 房 只 使 用 0.08g 以 野 菜 工 房 本 身 所 經 歷 的 建 廠 經 驗 而 言, 周 藤 一 之 社 長 整 理 出 建 造 密 閉 型 植 物 工 廠 的 原 則 有 以 下 幾 點 : 一 大 幅 削 減 初 期 的 投 資 : 活 化 利 用 停 工 閒 置 不 用 的 廠 房, 設 置 地 點 不 一 定 得 在 市 場 附 近, 善 加 利 用 宅 急 便 便 可 擁 有 可 以 發 送 到 各 店 面 的 競 爭 力 二 重 視 與 蔬 菜 的 對 話 : 不 引 進 不 必 要 的 高 科 技, 以 觀 察 蔬 菜 的 狀 況 來 生 產 只 在 必 要 的 時 候 給 予 必 要 的 養 分, 不 需 要 營 養 過 剩 的 蔬 菜 三 生 產 出 健 康 的 蔬 菜 : 維 持 根 系 的 健 壯, 便 會 從 茂 盛 葉 面 生 長 表 現 出 來 另 外 需 進 行 細 菌 滋 生 的 管 控, 以 期 能 有 低 細 菌 數 的 安 全 健 康 蔬 菜 以 每 日 能 生 產 2500 棵 蔬 菜 為 例 進 行 植 物 工 場 的 建 造 成 本 費 用 進 行 估 算 的 話, 栽 培 系 統 應 在 100~150 百 萬 日 圓 ; 環 境 系 統 的 牆 壁 天 花 板 地 板 維 持 在 12~20 百 萬 日 圓, 空 調 則 在 15~25 百 萬 日 圓 之 間 其 他 附 加 設 備 包 括 -- 電 源 設 備 :8~10 百 萬, 冷 藏 庫 包 裝 室 :2~3 百 萬, 其 他 雜 項 設 備 : ~10~

11 10~15 百 萬, 合 計 應 管 控 在 147~223 百 萬 日 圓 之 間 設 置 植 物 工 場 的 合 適 規 模 應 與 販 售 能 力 相 呼 應 的 生 產 量 為 主 要 原 則, 並 以 設 定 終 極 最 大 產 能 目 標, 分 階 段 進 行 建 設, 例 如 : 第 一 階 段 達 到 1000 棵 / 日 ; 第 二 階 段 達 成 3500 棵 / 日 ; 第 三 階 段 達 最 大 產 能 的 6000 棵 / 日 所 以, 野 菜 工 房 用 3A 來 描 述 其 用 完 全 人 工 光 源 型 植 物 工 場 所 生 產 的 產 品 品 質, 即 以 日 文 開 頭 發 音 的 免 洗 美 味 安 心 作 為 標 榜, 並 強 調 低 細 菌 低 硝 酸 鹽 與 無 農 藥 用 很 衛 生 的 方 式 進 行 栽 培, 因 此 不 用 清 洗 便 可 以 馬 上 生 食, 用 水 清 洗 反 而 會 流 失 一 部 分 水 溶 性 的 維 他 命 C 也 因 為 在 完 全 密 閉 的 植 物 工 廠 內 栽 培, 不 會 有 害 蟲 的 侵 入 為 害, 所 以 完 全 不 用 施 用 農 藥 養 液 栽 培 只 在 蔬 菜 需 要 時 才 給 予 必 要 的 營 養 成 份, 所 以 可 以 達 到 2000 ppm 以 下 的 低 硝 酸 鹽 含 量 之 蔬 菜 ( 對 照 露 地 栽 培 的 4000~5000 ppm) 圖 26. 位 於 埼 玉 縣 秩 父 市 工 業 區 內 的 野 菜 工 房 圖 27. 野 菜 工 房 三 層 式 立 體 噴 霧 水 耕 栽 培 系 統 太 陽 光 利 用 之 圓 頂 型 植 物 工 場 Granpa 農 場 位 於 東 京 西 南 方 神 奈 川 縣 的 秦 野 市, 面 積 約 有 一 公 頃, 蔬 菜 的 栽 種 設 施 是 應 用 太 陽 光 利 用 型 的 設 施 型 植 物 工 場 來 進 行 萵 苣 類 蔬 菜 水 耕 無 土 栽 培 的 生 產 與 販 售 該 農 場 比 較 特 別 的 是 採 用 圓 頂 型 的 氣 泡 式 塑 膠 布 溫 室 來 進 行 萵 苣 的 植 物 工 廠 化 生 產 ( 圖 28) 該 設 施 為 一 如 體 育 館 樣 子 的 正 圓 形 罩 幕, 利 用 空 氣 往 內 輸 送 所 形 成 的 正 壓 力 撐 起 整 個 塑 膠 布 結 構, 最 大 內 部 壓 力 為 150 Pa, 換 氣 效 率 最 大 為 917 m 3 /min 結 構 之 外 徑 為 29 公 尺, 內 部 可 利 用 空 間 直 徑 為 27 公 尺, 圓 頂 中 心 最 大 高 度 為 5 公 尺 栽 培 系 統 利 用 可 自 動 旋 轉 的 放 射 型 滑 軌, 滑 軌 槽 溝 上 裝 置 有 可 以 定 植 蔬 菜 的 塑 膠 滑 塊, 每 個 滑 塊 即 是 一 個 栽 培 單 元 當 由 圓 心 往 外 延 伸 之 滑 軌 轉 動 時, 滑 軌 槽 內 的 栽 培 單 元 會 受 到 一 由 圓 心 往 外 迴 旋 螺 旋 狀 導 軌 的 牽 制 而 呈 螺 旋 狀 往 外 輸 送, 形 成 了 一 個 圓 形 的 栽 培 面 該 圓 形 栽 培 水 槽 的 直 徑 為 20 公 尺, 栽 培 池 面 積 為 302 平 方 公 尺, 可 以 同 時 栽 種 125,000 棵 萵 苣 菜, 最 少 每 天 可 以 採 收 195 棵, 並 可 以 達 成 周 年 生 產 因 為 該 結 構 體 係 利 用 正 壓 空 氣 撐 起 而 沒 有 使 用 柱 子, 因 此 不 會 遮 到 陽 光 產 生 陰 影, 其 他 一 般 的 溫 室 會 有 18% 的 面 積 受 當 影 子 的 影 響, 因 此 會 減 少 約 1% 的 產 量 此 種 圓 頂 型 的 栽 培 設 施 特 點 為 有 效 利 用 平 面 地 板 的 面 積, 果 菜 類 蔬 菜 需 要 往 上 利 用 空 間, 而 葉 ~11~

12 精 密 設 施 工 程 與 植 物 工 場 實 用 化 技 術 研 討 會 專 輯 菜 類 蔬 菜 便 要 能 將 平 面 空 間 充 分 有 效 利 用 傳 統 栽 植 方 法 因 作 物 由 小 到 大 成 長 要 預 留 生 長 的 空 間 間 隔, 因 此 會 造 成 幼 苗 時 期 的 空 間 浪 費, 但 是 若 種 植 的 太 密 集 又 會 彼 此 遮 到 光 線 與 妨 礙 生 長 園 形 種 植 則 可 以 利 用 自 動 化 設 計 從 內 圈 密 植 幼 苗, 然 後 隨 著 滑 軌 槽 的 迴 轉 如 蚊 香 的 形 狀 逐 漸 向 外 圈 旋 轉 並 同 時 加 大 空 間, 等 栽 植 單 元 轉 到 最 外 圈 時 便 可 以 進 行 採 收 ( 圖 29) 圖 28. 圓 頂 型 太 陽 光 利 用 型 植 物 工 場 外 觀 與 其 架 設 方 式 在 最 內 圈 定 植 螺 旋 狀 往 外 自 動 移 動 在 最 外 圈 採 收 圖 29. 圓 頂 型 植 物 工 場 的 作 業 流 程 與 方 式 3.4 日 本 植 物 工 場 事 業 的 現 狀 與 今 後 之 展 望 目 前 在 日 本 有 50 家 植 物 工 廠 在 營 運, 其 中 34 家 是 完 全 人 工 光 源 型,16 家 為 太 陽 光 利 用 型 與 太 陽 光 及 人 工 光 源 併 用 型, 而 其 中 60% 都 是 虧 本 的,30% 能 達 到 收 支 平 衡, 只 有 10% 是 有 營 業 利 潤 的 由 於 日 本 植 物 工 廠 的 發 展 背 景 可 以 使 工 商 業 者 之 廠 商 有 投 入 的 機 會, 再 加 上 政 府 對 投 入 植 物 工 場 建 造 有 短 期 間 的 補 助, 因 此 吸 引 了 一 些 廠 商 的 爭 相 投 入 尋 找 商 機 但 是 由 於 大 部 份 的 廠 商 沒 有 農 業 技 術 與 栽 種 經 驗, 更 重 要 的 是 沒 有 產 品 的 銷 售 通 路, 因 此 大 部 份 的 植 物 工 場 都 沒 有 很 成 功 在 日 本 發 展 成 功 的 植 物 工 廠 有 以 下 的 特 點 : 一 經 營 較 久 的 業 者, 要 有 10 年 以 上 經 驗, 因 為 其 設 備 的 投 資 成 本 已 回 收, 因 此 可 以 開 始 有 營 收 利 潤 二 在 投 入 植 物 工 場 營 運 之 前 已 經 有 自 己 銷 售 通 路 的 業 者, 如 一 家 經 營 定 食 連 鎖 式 餐 廳 的 大 戶 屋 ( 未 來 公 司 技 術 支 援 ), 以 完 全 人 工 光 源 型 的 植 物 工 場 進 行 產 品 的 自 產 自 用, 該 公 司 同 時 也 在 台 灣 新 加 坡 和 香 港 開 設 連 鎖 店 並 設 置 植 物 工 場 進 行 蔬 菜 的 自 用 生 產 此 外, 大 戶 屋 於 四 月 開 始 使 用 位 於 山 梨 縣 自 設 植 物 工 場 的 三 種 蔬 菜, 作 為 無 農 藥 沙 拉 用, 該 植 物 工 場 每 日 約 可 生 產 30 公 斤 蔬 菜, 大 戶 屋 計 畫 提 高 即 將 於 明 年 啟 用 的 第 二 家 植 物 工 場 產 能 為 三 倍, 且 將 照 明 用 的 螢 光 燈 管 改 為 LED 燈 管 以 降 低 本 另 外 有 一 家 SG Green House 的 公 司, 引 進 其 他 植 物 工 場 公 司 (JFE) 的 整 廠 設 備 與 技 術, 建 置 太 陽 光 與 人 工 光 源 併 用 型 的 植 物 工 場 生 產 烤 肉 店 用 的 萵 苣 菜, 在 其 建 設 完 成 後 即 刻 可 以 投 入 生 產, 因 此 該 公 司 2 年 後 就 有 營 業 利 潤 目 前 的 產 能 達 到 每 天 生 產 12,000 棵 的 萵 苣 供 應 其 廣 大 的 銷 售 通 路 網, 其 產 品 每 包 約 85~95 公 克, 售 價 為 198 日 元 SG Green House 公 司 因 為 本 身 已 經 有 其 蔬 菜 的 銷 售 通 路, 再 加 上 該 公 司 引 進 其 他 植 物 工 場 公 司 的 整 廠 設 備 與 技 術, 因 此 可 以 在 短 時 間 內 就 達 到 成 功 的 經 營 模 式 和 獲 得 利 潤 日 本 很 早 之 前 就 已 經 有 二 波 的 植 物 工 場 發 展 熱 潮, 目 前 的 熱 潮 為 第 三 波, 因 為 2009 年 日 本 的 農 地 法 修 訂 後 使 很 多 民 間 企 業 可 以 ~12~

13 投 入 農 業 的 生 產, 再 加 上 政 府 有 150 億 元 的 補 助 預 算 去 發 展 福 利 型 的 農 業 生 產, 即 發 展 植 物 工 場 的 水 耕 承 架 式 栽 培 法, 使 得 坐 輪 椅 的 身 障 人 士 也 可 以 在 植 物 工 場 工 作 目 前 AEON 永 旺 集 團 的 300 個 超 市, 因 考 量 植 物 工 場 所 生 產 的 蔬 菜 不 受 天 候 影 響, 具 生 產 量 及 價 格 平 穩 等 優 點, 今 年 三 月 已 開 始 販 售 購 自 外 部 工 廠 所 生 產 的 三 種 萵 苣, 袋 上 明 確 標 示 未 使 用 農 藥, 但 價 格 較 其 他 同 種 萵 苣 高 約 2 至 3 成, 乃 工 廠 設 備 及 電 氣 成 本 昂 貴 所 致 3.5 日 本 植 物 工 廠 經 驗 對 台 灣 發 展 的 啟 發 由 千 葉 大 學 發 展 植 物 工 場 的 經 驗 可 以 得 知 日 本 植 物 工 場 發 展 方 向 的 趨 勢, 以 農 業 生 產 面 而 論, 陽 光 利 用 型 的 植 物 工 場 可 視 為 溫 室 栽 培 設 施 的 升 級, 其 改 善 了 傳 統 設 施 的 氣 密 性, 因 此 可 以 進 行 較 為 精 密 的 環 境 控 制, 如 二 氧 化 碳 的 施 用 與 溫 濕 度 的 調 控, 再 加 上 人 工 光 源 的 補 充 與 立 體 栽 培 的 空 間 的 充 份 利 用, 可 以 增 加 作 物 的 密 度 而 達 到 極 限 的 單 位 面 積 產 能 因 此, 在 充 份 利 用 陽 光 與 遮 蔽 阻 隔 過 濾 材 料 的 充 份 配 合 應 用 下, 可 以 達 到 低 耗 能 與 低 投 資 成 本 的 植 物 工 廠 化 之 周 年 計 畫 性 生 產 規 模, 這 樣 的 成 功 發 展 經 驗 值 得 台 灣 發 展 陽 光 利 用 型 的 植 物 工 場 借 鏡 與 參 考, 使 台 灣 的 溫 室 設 施 可 以 提 昇 成 為 植 物 工 場 的 等 級 在 完 全 人 工 光 源 型 全 密 閉 式 的 植 物 工 場 方 面, 雖 然 其 初 期 投 資 成 本 較 大, 而 且 營 運 與 生 產 成 本 較 高, 但 是, 透 過 單 位 面 積 產 能 的 提 昇 與 人 工 光 源 利 用 效 率 的 增 加, 亦 可 以 大 量 的 降 低 生 產 成 本 而 在 其 所 強 調 的 產 品 安 全 衛 生 與 產 品 的 全 年 無 休 的 穩 定 性 供 應 上, 也 成 為 其 與 一 般 露 天 栽 培 與 傳 統 式 設 施 栽 培 相 對 較 佳 的 競 爭 優 勢 此 外, 由 發 展 完 全 人 工 光 源 型 植 物 工 場 所 帶 動 的 相 關 設 備 與 光 電 資 訊 產 業 發 展, 如 LED 人 工 光 源 與 監 控 電 子 設 備 等 資 訊 與 通 訊 產 業 也 提 供 另 外 一 個 發 展 機 會 4. 結 論 荷 蘭 溫 室 生 產 朝 向 大 面 積 發 展, 番 茄 蝴 蝶 蘭 等 蔬 花 溫 室 生 產, 不 僅 栽 培 面 積 數 以 公 頃 計, 且 幾 乎 完 全 環 境 監 測 與 控 制, 其 中 感 測 器 廣 泛 應 用 儘 量 接 近 作 物 量 測 及 對 於 CO2 的 重 視 程 度, 值 得 研 究 人 員 深 入 了 解 ; 再 加 上 各 類 盆 栽 介 質 裝 填 陸 空 運 輸, 乃 至 於 分 級 選 別 與 包 裝 等 機 械 化 及 自 動 化 輔 助 作 業, 也 值 得 學 習 與 仿 效 荷 蘭 溫 室 栽 培 作 物 以 番 茄 為 最 大 宗, 由 於 氣 候 型 態 不 同, 荷 蘭 溫 室 番 茄 栽 培 體 系 與 台 灣 有 很 大 差 異, 荷 蘭 以 養 液 介 質 耕 為 主, 使 用 的 介 質 為 岩 棉, 溫 室 內 普 遍 使 用 人 工 光 源 二 氧 化 碳 肥 化 熱 水 管 加 熱 及 大 黃 蜂 授 粉 等 來 增 加 產 量 與 提 升 品 質 ; 而 台 灣 地 區 番 茄 設 施 栽 培, 大 部 份 的 農 民 仍 維 持 簡 易 溫 室 及 土 耕 栽 培 ; 目 前 設 施 番 茄 最 大 瓶 頸 為 高 溫 蓄 熱 無 法 解 決, 因 此 在 高 溫 期 無 法 生 產 台 灣 與 荷 蘭 所 面 臨 的 生 產 瓶 頸 不 同, 因 此 荷 蘭 溫 室 生 產 體 系 不 見 得 適 合 台 灣, 但 他 們 在 介 質 養 液 環 控 設 備 及 設 施 推 廣 的 經 驗 仍 值 得 我 們 借 鏡 由 千 葉 大 學 發 展 植 物 工 場 的 經 驗 可 以 得 知 日 本 植 物 工 廠 發 展 方 向 的 趨 勢, 以 農 業 生 產 面 而 論, 陽 光 利 用 型 的 植 物 工 場 可 視 為 溫 室 栽 培 設 施 的 升 級, 其 改 善 了 傳 統 設 施 的 氣 密 性, 因 此 可 以 進 行 較 為 精 密 的 環 境 控 制, 如 二 氧 化 碳 的 施 用 與 溫 濕 度 的 調 控, 再 加 上 人 工 光 源 的 補 充 與 立 體 栽 培 空 間 的 充 份 利 用, 可 以 增 加 作 物 的 密 度 而 達 到 極 限 單 位 面 積 產 能 因 此, 在 充 份 利 用 陽 光 與 遮 蔽 阻 隔 過 濾 材 料 的 充 份 配 合 應 用 下, 可 以 達 到 低 耗 能 與 低 投 資 成 本 的 植 物 工 廠 化 周 年 計 畫 性 生 產 規 模, 這 樣 的 成 功 發 展 經 驗 值 得 台 灣 發 展 太 陽 光 利 用 型 植 物 工 場 借 鏡 與 參 考, 使 台 灣 的 溫 室 設 施 可 以 提 昇 成 為 植 物 工 場 的 等 級 在 完 全 人 工 光 源 型 全 密 閉 式 的 植 物 工 場 方 面, 雖 然 其 初 期 投 資 成 本 較 大, 而 且 營 運 與 生 產 成 本 較 高, 但 是, 透 過 單 位 面 積 產 能 的 提 昇 與 人 工 光 源 利 用 效 率 的 增 加, 亦 可 以 大 量 降 低 生 產 成 本 而 在 其 所 強 調 的 產 品 安 ~13~

14 精 密 設 施 工 程 與 植 物 工 場 實 用 化 技 術 研 討 會 專 輯 全 衛 生 與 產 品 全 年 無 休 的 穩 定 性 供 應 上, 也 成 為 其 與 一 般 露 天 栽 培 與 傳 統 式 設 施 栽 培 相 對 較 佳 的 競 爭 優 勢 此 外, 由 發 展 完 全 人 工 光 源 型 植 物 工 場 所 帶 動 的 相 關 設 備 與 光 電 資 訊 產 業 發 展, 如 LED 人 工 光 源 與 監 控 電 子 設 備 等 產 業 也 提 供 另 外 一 個 發 展 機 會 參 考 文 獻 1. 邱 相 文 蔡 致 榮 林 木 連 黃 禮 棟 2012 日 本 植 物 工 廠 參 訪 與 發 展 現 況 介 紹 - 學 術 單 位 篇 101 年 第 二 季 農 業 資 訊 科 技 應 用 發 展 電 子 報 2. 張 瑞 明 邱 相 文 蔡 致 榮 研 習 植 物 工 廠 與 肥 料 效 率 提 升 技 術 出 國 報 告 3. 蔡 致 榮 方 怡 丹 田 雲 生 沈 原 民 鍾 瑞 永 許 涵 鈞 2011 荷 蘭 永 續 節 能 溫 室 生 產 技 術 與 應 用 出 國 報 告 4. 蔡 致 榮 2011 荷 蘭 溫 室 村 簡 介 100 年 第 一 季 農 業 資 訊 科 技 應 用 發 展 電 子 報 ~14~

15 New Development of Plant Factory in the Netherlands and Japan Jyh-Rong Tsay 1, Hsiang-Wen Chiu 2 1 Taiwan Agricultural Research Institute 2 Engineering Division, Taiwan Agricultural Research Institute Abstract The development of horticultural crops in the Netherlands is successful. Major items are vegetables, fruit, flower plant, bulb and nursery stock. Among them, the export volumes of vegetables and flower are the first in the world. The flower production volume accounted for more than half of the global market. In agri-trade, the Netherlands is the world's second largest exporter of agricultural products, only less than the United States. For horticultural cultivation technology, facility cultivation with high automation level is almost completely adapted. The related cultivation experience and key production technologies are worthy of being referenced for improving the domestic industry. Sustainable energy saving greenhouse production technologies developed in the Netherlands include measuring of micro-climate environment in greenhouse, distantly wireless transmission, control / data integration and operation management system, strategies of environment protection and energy saving facilities for vegetable and flower industry, high efficiency environmental protection and energy saving systems for greenhouse installations, LED artificial lighting technology, light quality and light intensity, as well as the integration of remote automatic monitoring and control system and other related materials. Moreover, other EU countries gained remarkable achievements on establishing green energy application and extension. The advanced technologies and concepts could be introduced and applied on pest and insects management to reduce the use of agricultural chemicals and its residual level, and thus achieving the annual production of high-quality and safe agricultural products. A plant factory is an airtight environment system of cultivation facilities, in which plants are grown with optimized conditions and precise regulations of nutrition supply. It also uses high technical cultivation assistant facilities to accomplish the goals of high yield, safe and year-round production. The promotion and development of plant factory in Japan has entered into its third boom stage. The experience in technology development and extension has been in the leading position among the advanced countries of agricultural science and technology around the world. Industry technology on plant factory has been widely used by the Japanese people and agricultural entrepreneurs to conduct commercial production and sales of the related products. Keywords: plant factory, facility cultivation, energy-saving greenhouse, year-round production ~15~