六、水牆操作實務


影響水牆降溫效率之因子

水牆的效率主要取決於其系統之設計;水牆效率亦是系統降溫能力的決定性因子,但是水牆效率並不等於水牆系統的降溫能力。除水牆之外尚有一些其它因子會影響系統的降溫能力,以下為其中最主要的兩項:

1. 設施的氣密程度

使用水牆系統需儘可能使設施維持氣密狀態,即在沒有使用時所有開口包括門、窗等皆必須保持關閉。設施是否氣密對此冷卻系統之成效有極大的影響,必須要維持良好的氣密性才能迫使所有進入設施的空氣都要通過水牆。如果有一扇門沒關,一個通風口沒關或沒蓋好,或者有大的裂縫未處理,空氣便會由此些阻抗小的地方進來。如此,便只有少量的空氣通過水牆,那麼此水牆系統對整個設施的降溫效果便不可能好。

2. 水牆的操作狀況

在操作上尚要留意是否有因循環水中的髒物、夾雜物、藻類、腐蝕或因鼠患等所引起的阻塞。水牆的全部或部份面積受阻塞,則能通過的空氣量將會減少;如果水牆有些部位因腐蝕而變薄或是有缺口,則空氣將選擇此些阻力最小的路徑進入設施,換言之,空氣與水的接觸會大幅度減少,降溫效果便會大減。


水牆材質之選擇

長久以來,水牆皆是以白楊木為材料。直到近幾年,才有新材質的出現。在高溫多濕的天候下,如本省或美國佛羅里達州,以白楊木為材質的水牆壽命通常不會太長。水牆對藻類的破壞是非常敏感的,又藻類會導致水牆的腐蝕且造成阻塞。近年來開始有其它的水牆材料的出現,其比白楊木為材料的水牆更能抵抗藻類的成長和實質上的破壞。

較普及者為採特殊纖維質紙板做成的水牆,在紙板內同時加入保濕添加劑及不會溶解的藥用鹽以抗腐蝕。其它還有以混合纖維質和以豬毛經橡膠化處理為材料所作成的水牆。此些較新材質水牆在高溫多濕地區的使用效果,看來還算不錯。但尚需更多的試驗才能明確地說何者為較佳。


水牆設計之參考指南

當有計劃要更換或安裝新水牆時,由系統可行性上之考量,建議如下:

  1. 有系統的比較所有可選擇的水牆種類,包括材質、價錢與水牆厚度等,
  2. 參考廠商宣稱的水牆冷卻效率,配合當地最高溫計算通過水牆之空氣溫度,並與設施內禽畜之最適生長溫度比較,
  3. 計算所需之水牆面積並與廠商之設計比較,儘量發掘可能的問題,再向廠商尋求解答,
  4. 參考廠商宣稱的使用壽命,售價與估計之操作成本計算投資報酬率。

上述第 2步驟為降溫系統在功能上是否合乎需求的考量,第 4步驟則為該系統經濟上是否可行的考量,第2與第3步驟涉及一些簡單的計算。

所需要的水牆面積主要與水牆使用的材料種類有關。製造廠商通常可提供允許的風量率值,使用白楊木質水牆者的參考值為每平方英吋的水牆面可通過 150 CFM (廠商仍習用英制), 所需要的水牆面積為系統需要之總風量率除以此值。纖維質紙板水牆容許的風量率可更大且不會有漂流( drifting )產生。所謂「漂流」是指由於風速太大,水份來不及蒸發便以自由水( free water )的型態由水牆之展露面直接被吹入設施的現象。

水牆厚度增加可提高效率,10 公分( 4 吋)的纖維紙板水牆之效率最高可達 87%,四倍厚度的水牆則可提高效率至 97%。水牆厚度增加則空氣流經之阻力也加大(靜壓降增加),流速變小,總風量減少。若增加風量則流經水牆之風速增加,降低空氣與水牆的接觸時間, 水牆效率一樣會降低(若風速為 2 m/s ( 6.6 ft/s ),水牆厚度為 10 公分,則空氣與水牆的接觸時間僅為 0.05 秒)。一般建議之理想空氣流速以不超過 1.5 m/s ( 5 ft/s )為原則, 水牆厚度則多在 10 ∼ 20 公分( 4 ∼ 8 吋)之間。

水的需要量隨所使用的系統種類而定,一般而言,欲保持整個水牆表面完全潮濕, 每英呎的水牆(上側)大約需要 1/3 加侖的水在循環著。應在從泵出發的管線中安裝一個流量控制閥,以調節進入分流水管的水量。從水牆供水管流下來的水由下方排水管收集流回儲水槽,再由此用泵將水打入送水管重新循環。在泵的入口通常有濾網,需注意定時清理。 設施長度超過 22.5 公尺 (75 呎 ),通常將儲水槽放在設施的中間地帶以避免管路過長,水壓加大造成的其它問題。下表所示為國外廠商型錄上提供的設計參考資料(英制)。

每英呎水牆長度需 1.5加侖
水牆名稱Excelsior PadCrossfluted Cellulose Pad
水牆材質白楊木質纖維纖維紙板
水牆厚度4 吋 (10 cm)4 吋 (10 cm)
風量率需求150 FPM/平方英呎水牆面積250 FPM/平方英呎水牆面積
泵之需求0.6加侖/分鐘/英呎水牆長1/3加侖/分鐘/英呎水牆長
儲水槽容量每英呎水牆長度需 1.5 加侖
補充水需求0.01加侖/分鐘/英呎水牆長0.01加侖/分鐘/英呎水牆長



水牆與風機之安裝

以下以條列方式說明風機與水牆安裝位置的選擇,設計原則與使用注意事項:

  • 將水牆安裝在夏季常吹風的那一面(迎風面), 風機則安裝在對側(圖39)。 萬一距離水牆 7.5 公尺(25 英呎)內尚有其它建物,則風向的影響將大幅的減少,甚至可忽略不計。

     

    圖 39. 水牆安裝與配置原則說明圖Ⅰ

  • 如果需要將風機面對迎風面,則設計的風量率(CFM)需要增加 10到 15 %, 且需同時增加所需的馬達馬力並且加上百葉窗或止回流氣閘。
  • 排氣風機不可和另一棟設施的水牆相對(圖 40), 除非兩棟設施之間的距離至少有15 公尺(50 英呎)或以上時才可。

     

    圖 40. 水牆安裝與配置原則說明圖Ⅱ

 

  • 當相臨兩棟設施的風機必須相向排氣時, 兩棟的風機應交錯安裝以避免所排出的空氣直接地相互碰撞(圖40)。
  • 如果風機在氣流的流出開口和最接近的阻礙物之間沒有至少1.5 倍風機直徑的間隙,則應將風機架設於屋頂上,朝空中排氣。
  • 風機和水牆之間的最大實際距離不應該超過 60 公尺(200英呎),以45 公尺( 150 英呎)或者更短的距離為較有效。
  • 在很長的設施內, 可將水牆裝置在設施的兩末端,風機則裝在設施的另兩邊牆的中央,或架設於設施中央部份的屋頂,於是冷空氣由兩末端流入而從設施的中央(兩邊牆或屋頂)排出;亦可能反過來將風機置於設施的兩末端,水牆裝於兩邊牆中央。所有的風機都應裝有自動百葉窗可自動開啟,且在風機不用時可自動關閉以防止逆流(圖41)。

     

    圖 41. 風機外側加裝可防逆流之自動百葉窗(註:改裝於內側較佳)

 

  • 排氣風機應等間隔安置, 間距以不超過 6 至 9 公尺(20∼ 30 英呎)為宜。又,水牆的安裝必須是一個連續區域,且必須有正確的大小和厚度。水牆若被門、窗給間隔,變成不連續,則將在設施內造成一寬度為該不連續面寬度6 至 8倍的狹長熱帶。
  • 水牆在不用時應由設施外部加以覆蓋, 儘量避免太陽的直射(圖 42)。

     

    圖 42. 水牆外側安裝遮蔭裝置

    圖 43. 水牆安裝於設施邊牆之外的安裝原則

 

  • 水牆可建築在設施內部、邊牆上或設施外。 水牆安裝於邊牆外部的安裝原則如圖43 所示。不論安裝於何處均需確保所有進入設施之空氣皆經過水牆,換言之,氣密性要好。
  • 在停止水牆系統之操作時應注意先關泵, 等數分鐘之後,水牆表面全乾後再關風機。

氣流通過設施,其在入出口處之溫度會有差異,此即所謂之溫度梯度。在設施內,有很多變數會影響此梯度值。在夏天有陽光的日子裡, 溫室內空氣每移動 5.2 公尺溫度會很快的升高 1 ℃ (10 英呎/ 1 ℉)。 空氣移動得愈慢,則空氣上升的愈快,且溫度梯度也愈大。禽畜舍內的昇溫應小於前述溫室內之值。

氣流由開口進入設施內後會逐步擴散,其擴散高度與水平約成 7度角,即,在前進 8 公尺的水平距離內其範圍會擴寬至1公尺的高度。如此則通過水牆之上半層冷空氣傾向於爬昇到設施的頂端,此部份的冷空氣對地面上家禽家畜的降溫只有極小的作用。在氣流為橫向流動的連棟設施中 (圖 44a) 各棟之屋頂本身即有導流的功能,向上的氣流可再往下通過禽畜活動區。在氣流為縱向流動的連棟設施中(圖 44b), 則有必要從屋頂往下延伸每隔 9 公尺安裝一個軟質透明阻風板。

圖 44. 連棟設施中風機與水牆安裝方位對阻風板之需求示意圖(a.橫向,b. 縱向)



水牆降溫系統的控制

雖然許多水牆降溫系統只用恆溫器作控制,一般建議再配合恆濕器之使用。恆溫器和恆濕器雖只提供兩段的on/off 控制,多半皆已足夠,何況其尚有價廉的優點。恆溫器中溫度感測部所傳入的訊號為控制風機和泵的依據。恆溫器可因應室內氣候的改變開啟或關閉風機以維持較穩定的室內溫度。只使用恆溫器時,泵需配合風機動作。同時使用恆溫與恆濕器時,恆溫器動作同前,恆濕器則可另外用來控制水牆供水部中泵的動作,當設施內濕度過高時將泵關閉。

同時要根據溫度與濕度之狀況來控制泵,則此二者應予以串聯,溫度高且濕度沒有過高時才造成通路、啟動泵。這樣可幫助維持一穩定的溫度及避免過度的潮濕,也可幫助節約能源及用水。

恆濕器亦可與排氣風機連線,就算設施內溫度不高,風機與水牆皆未啟動,但濕度過高時啟動風機。恆溫器和恆濕器應於每季開始時校正且各季中再作多次校正來確保其正確運作。

為了使水牆在不用時能維持全乾狀態,在操作程序上應先關泵,隔幾分後再將風機關掉。溫、濕度之調節除自動控制外應另各加裝一個手動開關,方便彈性使用,同時在每個風機與泵附近都應加裝一緊急斷電裝置以備不時之需。


溫濕度感測器的安裝位置

所有的溫濕度感測器或溫度計均應避免太陽光的直接照射(可加蓋或置於保護盒內),如此才可提供較正確的感測值或讀數。若裝於保護盒內,則應維持一定的通風使感測器能正確感測環境之狀況。另外應將它們安裝在適當的地方,以設施中央與禽畜等高之處為最佳選擇地點,但有時為了防止動物的破壞,一般安置在稍高地點。切勿將感測器安裝在加熱管線旁或空氣入口,尤其是水牆邊。