CN113163718A

CN113163718A - 植被地面的温度控制方法

Info

Publication number: CN113163718A
Application number: CN201980082599.9A
Authority: CN
Inventors: 织茂俊泰; 黑田千岁; 石桥稔; 新藤辰典
Original assignee: Sato Kogyo Co Ltd
Current assignee: Sato Kogyo Co Ltd
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2021-07-23
Also published as: JP7187290B2; JP2020092676A; EP3895522A1; EP3895522A4; WO2020122094A1

Abstract

在使用生长灯进行培育的情况下，能够进行更高精度的植被地面的温度控制。上述课题通过如下植被地面的温度控制方法解决：一边从植被地面上照射生长灯(10)一边向铺设于该生长灯(10)的照射区域的植被地面内的管中供给热介质，由此控制地面表层区域的温度，其中，通过包含气象数据和生长灯(10)的照射数据作为边界条件的热传导分析，求出地面表层区域的温度，一边考虑地面的热传导率一边控制供给到管的热介质，以使该地面表层区域的地下温度成为目标地温，其中，该气象数据包含外部空气温度和外部空气湿度。

Description

植被地面的温度控制方法

技术领域

本发明涉及尤其在种植有草坪的体育场等，使用生长灯(grow light)(培育用的辅助光照明)进行培育的情况下的植被地面的温度控制方法。

背景技术

近年来，例如在足球场、土地、高尔夫球场等体育场的种植有草坪的土壤中，以消除光照不足或季节导致的气温降低、降雨或夜间等的暂时的温度降低等对草坪的影响、各种比赛导致的草地荒芜、积雪、霜的影响或除雪等为目的，在地面中埋设使热介质循环的管，从而人工制作对草地而言容易生长的环境，帮助草地的培育。

在该情况下，温度控制的精度直接影响草地的培育，因此是重要的。本申请人也正在开发实现更好的温度控制的技术(例如，参照专利文献1～3)。

但是，近年来，为了促进草坪的培育，有时使用生长灯，出乎意料地发现因该生长灯而导致地温上升，从而温度控制的精度可能降低。

图9是在体育场的背阴区设置生长灯(钠灯)的照射区和非照射区，并通过热电偶对各自的地下-30cm的温度进行测定的结果。生长灯的照射区比非照射区上升1～2℃左右的温度，从而预测温度控制的精度降低。

为了消除天气导致的日照不足，或为了降低看台的顶棚或开闭式的顶棚等导致的背阴的影响等，生长灯的使用在现代的体育场的草坪的培育中是不可或缺的，从而需要降低对温度控制的不良影响。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8-196140号公报

专利文献2：日本特开平10-48054号公报

专利文献3：日本特开2002-84888号公报

发明内容

发明要解决的课题

因此，本发明的主要课题是，在使用生长灯进行培育的情况下，能够进行更高精度的植被地面的温度控制。

用于解决课题的手段

解决上述课题的植被地面的温度控制方法如下。

＜第一方式＞

一种植被地面的温度控制方法，在该温度控制方法中，一边从植被地面上照射生长灯一边通过铺设于该生长灯的照射区域的植被地面内的、进行加热和冷却的至少一方的温度调节体对地面表层区域的温度进行控制，其特征在于，通过包含气象数据和生长灯的照射数据作为边界条件的热传导分析，求出所述地面表层区域的温度，一边考虑地面的热传导率一边控制所述温度调节体，以使该地面表层区域的地下温度成为目标地温，其中，该气象数据包含外部空气温度和外部空气湿度。

(作用效果)

这样，在通过铺设于生长灯的照射区域的植被地面内的温度调节体，对地面表层区域的温度进行控制的情况下，进行包含生长灯的照射数据作为边界条件的热传导分析，由此能够进行更高精度的温度测量，从而能够进行更高精度的地面的温度控制。

＜第二方式＞

根据第一方式的植被地面的温度控制方法，其中，所述气象数据包含由日照计测量的测量数据，在日光的照射环境下，一边从植被地面上照射生长灯一边通过铺设于该生长灯的照射区域的植被地面内的温度调节体对地面表层区域的温度进行控制。

(作用效果)

在室外体育场或具有开闭式顶棚的体育场等中，在日光的照射环境下，有时以辅助光为目的从植被地面上照射生长灯。在这种情况下，优选将日照计的测量数据包含于气象数据并进行热传导分析。

＜第三方式＞

根据第一方式或第二方式的植被地面的温度控制方法，其中，将所述植被地面划分为多个控制区，并且在各控制区独立地配置所述温度调节体，能够按照各控制区独立地进行所述地面表层区域的温度控制，依次切换所述控制区中的照射生长灯的照射区和不照射生长灯的非照射区，对所述植被地面照射生长灯，并且在所述照射区的所述温度控制中，根据包含所述生长灯的照射数据作为边界条件的热传导分析进行所述温度控制，在所述非照射区的所述温度控制中，根据不包含所述生长灯的照射数据作为边界条件或者包含修正为比所述照射区少的照射量的生长灯的照射数据作为边界条件的热传导分析进行所述温度控制。

(作用效果)

在对体育场这样广大的面积的植被地面照射生长灯的情况下，不是不能在植被地面的整体设置生长灯，但通常考虑效率和经济性，一般将植被地面划分为多个区，依次切换照射生长灯的照射区和不照射生长灯的非照射区，对植被地面照射生长灯。因此，这时，在进行考虑了生长灯的温度控制的情况下，如本方式这样，在照射区考虑生长灯的照射数据，在非照射区不考虑生长灯的照射数据，或即使考虑也修正为比照射区少的照射量来考虑时，能够进行更高精度的温度控制，从而是优选的。

＜第四方式＞

根据第一方式至第三方式的任意一个方式的植被地面的温度控制方法，其中，所述温度调节体是向铺设于所述植被地面内的管中供给热介质而得到的，通过对供给到该管的热介质进行控制来进行植被地面的温度控制。

发明效果

根据本发明，在使用生长灯进行培育的情况下，能够进行更高精度的植被地面的温度控制。

附图说明

图1是足球场地的俯视图。

图2是气象数据测量设备单元的概略图。

图3是铺设了管和热电偶的场地的剖视图。

图4是整体控制系统图。

图5是热介质的供给方式图。

图6是用于对热传导率的鉴定方法进行说明的地面构造图。

图7是分析模型图。

图8是示出体育场的场地的地下温度(分析值和实测值)的变化的曲线图。

图9是示出体育场的场地的地下温度(实测值)的变化的曲线图。

具体实施方式

〔植被地面和装置等的结构〕

如前所述，在对体育场这样广大的面积的植被地面照射生长灯的情况下，不是不能在植被地面的整体设置生长灯，但通常考虑效率和经济性，一般将植被地面划分为多个区，依次切换照射生长灯的照射区和不照射生长灯的非照射区，对植被地面照射生长灯。由此，能够减少生长灯的使用数量，并且能够高效地实现植被地面的培育促进。生长灯的照射模式能够没有限定地使用公知的模式。例如，在图1所示的足球场地的情况下，能够将足球场地平面地划分为三个同时照射区(后述的控制区A～D、E～H、I～L)，根据表1所示的照射计划(时刻表)，将图1的(a)～图1的(c)的生长灯10的设置位置的变更作为一个周期(设各同时照射区的照射时间为8小时，合计24小时)来反复进行，由此依次切换照射生长灯10的照射区和不照射生长灯10的非照射区，从而对植被地面照射生长灯10。

【表1】

作为生长灯10，能够没有特别限定地使用多个钠灯或LED灯横向排列并以朝向下方的方式安装于支架而得到的生长灯等市售的生长灯。

生长灯10的照射区域的植被地面内铺设有进行加热和冷却的至少一方的温度调节体。温度调节体能够没有特别限定地使用电热线式等公知的温度调节体，但在能够适用于加热和冷却的任意一方的方面，如图3等所示的例子所示，优选向铺设于植被地面内的管1中供给热介质而得到的温度调节体。场地的地面结构没有特别限定，但例如在足球场地中，如图3所示，洒水车、草坪修剪车等管理车辆会进行往来，因此防止地面的下陷和车辙等，并且考虑排水，优选成为从上层侧起为细沙层2、粗沙层3、砾石层4的三层结构。用于使热介质循环的管1的埋设深度没有特别限定，但如果埋设于地面的表层附近，因管理车辆的上载载荷或标枪、链球等比赛时会产生变形、破裂，因此优选埋设于地表面以下几十cm的安全的深度。在通常的情况下，可以使从地面表面到管的铺设位置的深度h为大概15～35cm，优选为25～30cm左右。而且，为了尽可能地对控制区的整体进行均匀的加热，管1优选在控制区的整体范围内以在同一平面内回绕的方式进行铺设。而且，管1的设置间隔P在通常的情况下优选为15～60cm左右。

管1通过未图示的热源操作构件被供给循环规定温度的热水或冷水等热介质(指制热剂和制冷剂两者)。作为其他热介质，例如作为高温热介质，能够使用蒸汽、高温气体等，而且，作为低温热介质，能够使用氟利昂气体、盐水、氨等。供给到管1的热介质通过与周围的地面热交换而逐渐温度上升或温度下降，但能够在铺设的管1的流路中途设置存储有规定温度的热介质的辅助热介质槽，或设置加热/冷却线圈等针对热介质的加热/冷却构件，由此使热介质的温度恢复到原来的基准温度。

针对场地整体仅设置一个系统的温度调节体，能够对足球场地整体共同进行温度控制。但是，在依次切换照射生长灯10的照射区和不照射生长灯10的非照射区，从而对植被地面照射生长灯10的情况下，生长灯10的影响因场地的场所而不同。而且，日照的影响也因场地的场所而不同。因此，优选如图1所示，将植被地面划分为多个控制区A～L，并且在各控制区A～L独立地配置温度调节体，从而能够按照各控制区A～L的每个控制区独立地进行地面表层区域的温度控制。由此，能够针对一个或多个相邻的控制区，确定生长灯10的同时照射区，从而按照各同时照射区的每个同时照射区考虑有无生长灯的照射并且独立地进行温度控制。

另外，为了提高分析精度，也可以沿地面深度方向以适当的间隔埋设热电偶5等地下温度计，用来与计算地下温度进行比较或鉴定热传导率。在该情况下，热电偶5与各区A～L对应地在每个区例如设于2～3个部位，并考虑到管理车辆的上载载荷或标枪、链球等比赛，最好不埋设于地表面以下几十cm的范围(地面表层区域X)，因此优选在与管1相同的深度位置和比这深的位置以适当的间隔埋设多个。在图示的例子中，沿深度方向设置有共计三个热电偶5。另外，也可以使用光纤等来代替热电偶5。

另外，为了测定各种气象数据，足球场地两侧的地面上设置有气象数据测量设备单元9A、9B。例如图2所示，气象数据测量设备单元9A(9B)是在竖立设置于地面上的杆安装有日照计40、外部空气温度计41、外部空气湿度计42、风速计43、风向仪44、电源46而得到的装置，并分别设置于足球场地两侧，由此虽取决于时刻，但优选设置有多台，以能够对向阳部和背阴部双方进行测量。在图示的例子中，在场地一侧和另一侧各设置有一台气象数据测量设备单元9A、9B，但设置位置并不限于此，能够根据因体育场而不同的条件适当地变更。作为气象数据测量设备，至少安装有外部空气温度计41和外部空气湿度计42这两种，考虑到日照量等，根据与后述的分析式的关系按照需要而安装有其他测量设备。另外，能够在接近气象数据测量设备单元9A(9B)的地面上设置雨量计45。

用于进行温度控制的系统结构没有特别限定，例如能够采用图4所示的系统结构。即，由气象数据测量设备单元9A(9B)测量的气象数据、埋设于地下的热电偶5的测量数据输入到控制计算机52。而且，生长灯10的照射数据(照射计划和照射量)预先输入到控制计算机52。在控制计算机52中，根据这些信息，通过后述的热传导分析求出无法埋设热电偶5的地面表层区域X的地下温度，并根据该计算地下温度执行后述的最佳控制计算，从而制订各区的通水计划。而且，根据该通水计划通过控制器53对控制阀发出指令，该控制阀对向各区的通水进行控制。

例如，在进行生长灯10的照射区域的温度控制的情况下，能够通过包含气象数据和生长灯10的照射数据作为边界条件的热传导分析，求出地面表层区域的温度，并一边考虑地面的热传导率一边控制供给到管1的热介质，以使该地面表层区域的地下温度成为目标地温，该气象数据包含外部空气温度和外部空气湿度。在室外体育场或具有开闭式顶棚的体育场等，在日光的照射环境下，有时以辅助光为目的从植被地面上照射生长灯10等的情况下，能够根据需要，将日照计40的测量数据包含于气象数据并进行热传导分析。

在依次切换照射生长灯10的照射区和不照射生长灯10的非照射区，对植被地面照射生长灯10的情况下，能够按照各区的每个区独立地设置温度调节体，在照射区的温度控制中，根据包含生长灯10的照射数据作为边界条件的热传导分析进行温度控制，在非照射区的温度控制中，根据不包含生长灯10的照射数据作为边界条件(或者也可以包含修正为比照射区少的照射量的生长灯10的照射数据作为边界条件)的热传导分析进行温度控制。由此，能够进行更高精度的温度控制。

在从生长灯10的照射开始到照射结束的整个时间段中，除了进行考虑了生长灯10的控制，也能够仅在从生长灯10的照射开始到照射结束的一部分时间段进行考虑了生长灯10的控制。例如，能够从生长灯10的照射开始到经过规定时间为止，生长灯10的影响较少，因此不进行考虑了生长灯10的控制，从经过规定时间后到生长灯10的照射结束，进行考虑了生长灯10的控制。

如上所述，除了进行考虑了生长灯10的影响的温度控制以外，没有特别限定，例如在专利文献1～3所述的温度控制中，也能够考虑生长灯10的影响。

例如，在专利文献3所述的温度控制中，考虑生长灯10的影响的情况如下所述。即，能够在开始植被地面的温度控制时，通过存储于控制计算机52的过去的测量数据和生长灯10的照射数据，根据从过去的规定时刻到现在的时间历程执行假想的热传导分析，并将求出的现在时刻的地面表层区域的温度设定为温度控制开始时的地面表层区域X的温度初始条件，之后，通过将由气象数据测量设备测量的气象数据和生长灯10的照射数据设为边界条件的热传导分析，求出未埋设热电偶5的地面表层区域X的温度，一边考虑地面的热传导率一边对供给到管1的热介质进行控制，以使该地面表层区域X的地下温度成为目标地温。

在该情况下，除了进行地温控制以外，还需要恒定地、或者从开始地温控制的几天前，具体而言从2～5天前进行气象数据测量设备单元9A、9B的气象数据的测量，并将测量的气象数据事先存储于控制计算机52。同样地，生长灯的照射数据也需要将过去的部分事先存储于控制计算机52。

以下，关于针对专利文献3所述的温度控制的适用例的分析和控制方法进行更详细的说明。关于适用于其他温度控制时的变更，本领域技术人员应该能够根据以下说明容易地理解。

〔步骤1〕：假想的热传导分析

(气象数据的测定)

至少从控制开始的几天前(例如3天前)起，进行利用气象数据测量设备单元9A(9B)的各种气象观测数据和利用埋设的热电偶5的地下温度测定，并存储于控制计算机52。

(地面表层区域X的假想的地温计算)

根据存储于控制计算机52的过去的气象数据、地下温度数据以及生长灯10的照射数据，使用热传导分析，关于各区A～L，根据从过去的规定时刻(例如3天前)到现在的时间历程对地面内温度进行数值计算。

(分析方程)

二维热传导方程如下式(1)所示。

【式1】

作为二维热传导方程，使用传热分析的基础方程。在这里，T表示温度，ρ、C、κ分别表示地面材料的密度、定压比热、热传导率，q表示每单位体积的热的发生项。为了求解上述式(1)，需要以下所示的边界条件。

【式2】

【式3】

在这里，T^(注:^标注在正上方)表示在边界Γ₁施加的温度，Q^表示在边界Γ₂施加的热的通量。

n_x、n_y表示相对于Γ₂的向外法线向量的分量。考虑到图7所示那样的分析区域，n_x＝cos(n，x)＝cos90°＝0，n_y＝cos(n，y)＝cos0°＝1，因此上述式(3)成为下式(4)。

【式4】

边界Γ₂的热通量能够根据热收支方程而计算。

以下，对根据热收支方程计算边界条件的方法进行详细叙述。首先，热收支方程由下式(5)表示。

【式5】

这里Ts：地表面温度 a：日照吸收率 TH：日照量

ε：辐射放射率 AH-σTs⁴：大气放射量 α_c：表面热传导率

Ta外部空气温度 K：水分蒸发比 Ca：空气的湿比热

L：水的蒸发潜热 Xa：外部空气绝对湿度

Xss：地表面温度的饱和绝对湿度

a_GL：生长灯的照射系数 TH_GL：生长灯的照射量

在上式(5)中，左边是热传导项，右边第1项是日照吸收热，第2项是生长灯的吸收热，第3项是长波长放射收支，第4项是对流热传递，第5项是蒸发潜热。在该情况下，关于各参数，进行根据实测和以往文献的实际的数值定义。另外，在热收支方程中，T_S(地表面温度)不是测量值，而是代入上次的热传导分析的计算温度而进行计算。

(a)日照吸收率；a

根据以往文献，在干燥草地的情况下，设为a＝0.66，在湿润草地的情况下，设为a＝0.75。

(b)日照量；TH

日照量有基于太阳光的直接的直接日照量和放射性的天空日照量，在向阳处这双方作为日照量被施加，在背阴处仅施加天空日照量。因此，如前所述，通过两台气象数据测量设备单元9A、9B，分别将向阳和背阴的气象观测数据分开使用。

(c)辐射放射率；ε

根据以往文献，设为ε＝0.93。

(d)大气放射量；AH-σTs⁴

根据以往文献，通过下式(6)而求出。

【式6】

在这里，t₀为外部空气温度(℃)，C_T为总云量(用10分制表示，0～10的纯数)，x为外部空气绝对湿度(g/kg)。另外，t₀使用实测外部空气温度，x根据湿度计的实测值而转换。而且，C_T能够根据以往文献利用日照率SD(日照时间/可照时间)而预测，并通过下式(7)而求出。

【式7】

在这里，H_h是太阳高度(degree)。而且，h+1表示1小时后，因此C_T成为每个整点的瞬间值。而且，在夜间对即将日落之前与刚日出之后进行线性插值。

(e)表面热传递率；α_c

根据以往文献，根据下式(8)计算任意高度h的风速V_h。另外，将风速幂指数假设为0.25。

【式8】

(f)水分蒸发比；K

根据以往文献，K：0.1～0.2(考虑按照降水量中的K的比例产生蒸发。)

(g)空气的湿比热；Ca

根据以往文献，在水蒸气的情况下设为Ca＝0.501kcal/kg℃，在空气的情况下设为Ca＝0.241kcal/kg℃。

(h)水的蒸发潜热；L

根据以往文献，设为L＝597.5kcal/kg。

(i)生长灯的照射系数；a_GL

关于生长灯的照射系数a_GL，在生长灯为on(照射)时设为1，在生长灯为off(非照射)时设为0或接近0的数值，由此在照射区考虑生长灯的照射数据，在非照射区不考虑生长灯的照射数据，或即使考虑也修正为比照射区少的照射量来考虑。

(j)生长灯的照射量；TH_GL

生长灯的照射量TH_GL能够根据配置于每个区的生长灯的光量进行设定。

但是，在地表面的热收支方程中考虑日照的情况下，各参数的影响度为日照吸收热>生长灯的吸收热>长波长放射收支>对流热传递>蒸发潜热的顺序，需要至少一定考虑右边第1项的日照吸收热和第2项的长波长放射收支，但是在如周围被顶棚包围的体育场那样，刮过地面的风的影响变小这样的条件下，例如能够省略第3项的对流热传递。而且，在不要求较高精度的情况下等，也能够无视第4项的蒸发潜热。因此，在设为考虑右边第1项的日照吸收热和第2项的长波长放射收支这两个参数的热收支方程的情况下，作为气象观测数据，日照量、外部空气温度、外部空气湿度这三个项目是充分的。而且，在几乎没有日照的室内体育场的情况下，也可以不考虑日照吸收热，在该情况下，作为气象观测数据，外部空气温度和外部空气湿度这两个项目是充分的。

另外，在假想的热传导分析中，埋设热电偶5的位置的温度根据测量而掌握，因此能够将测量温度代入分析模型上的节点位置，从而实现计算精度的提高。

另一方面，初始条件根据下式(9)给出。

【式9】

T(x，y，0)＝T₀(x，y)…(9)

对基础方程应用通常的Galerkin法，利用三节点三角形因数使变量离散化，由此得到以下的有限因数方程。

【式10】

在这里，Mαβ、Sαβ、Qα(注：α和β为下标)分别表示质量矩阵、扩散矩阵、通量向量，Δt是微小时间增量。时间方向的离散化采用Crank-Nicolson法。

通过以上的假想的热传导分析，通过计算求出现在时刻的地面表层区域X的温度。

〔步骤2〕：热传导分析

上述假想的热传导分析的结果为，能够将求出的地面表层区域X的温度设定为温度控制开始时的地面表层区域X的边界条件，之后，每隔规定的时间，例如每隔2～3小时，进行将日照计、外部空气温度计、外部空气湿度计的气象数据以及生长灯10的照射数据作为边界条件的热传导分析，从而求出地面表层区域X的温度。热传导分析能够通过与假想的热传导分析相同的计算方法进行。

〔步骤3〕：利用最佳控制计算的通水计划制定

以上，通过到步骤2的过程，能够直接掌握无法进行温度测量的地面表层区域X的地温，因此作为下一个过程，制定温度调节体的调节计划，即在本例中为供给到管1的热介质的通水计划，以使设定于地面表层区域X内的关注点S(参照图3，对草坪的培育而言温度管理重要的地表面以下几cm的点)成为目标温度。

(热介质的控制管理)

在本例中，根据前述的地温控制对象区域的地温计算结果，通过例如有限因数法，一边考虑地面的热传导率一边掌握空间上和时间上的温度变化，以使关注点S的目标温度与计算温度的差最小的方式求出管通水温度(热介质温度)，从而控制地温。因此，能够将对草坪的培育影响最大的地面表层域控制在适当的温度环境。作为该情况下的热源供给控制，每隔规定时间交替进行供给高温热介质和低温热介质的控制，由此该控制容易并且是现实的。

在供给热介质时，能够通过热泵按照每个区间交替地制造冷水和热水，但如图5所示，通过分别预先准备储存高温侧(a温度)的热水的热水槽30和储存低温侧(b温度)的冷水的冷水槽31，并通过切换控制阀32、33a、33b…而进行热水槽30与冷水槽31的切换，由此能够每隔规定时间而没有控制延迟地迅速并且容易地供给一定温度的热水或冷水。而且，也能够根据季节仅准备热水槽30或冷水槽31的一个并进行一阶段控制。具体而言，在夏季仅准备冷水槽31，反复进行以规定时间从该冷水槽31供给冷水之后，一段时间停止冷水的供给的操作，由此能够在供给冷水时对地面进行冷却，并且通过停止供给而使地温变得常温化而升温，从而使地面表面附近的地温呈周期函数曲线状变化。相反地，在冬季的情况下，仅准备热水槽30，反复进行以规定时间从该热水槽30进行热水的供给之后，一段时间停止热水的供给的操作，由此能够使地面表面附近的地温呈周期函数曲线状变化。

在进行这些热水或冷水供给控制时，使用逆变器泵而一边考虑外部条件的负荷一边调节其供给量，由此也能够提高控制响应性(热交换的响应性)。

〔物性值(热传导率)的鉴定〕

接着，示出热传导率的鉴定方法。在热传导率的鉴定时，采取试样并通过室内试验确定热传导率是容易的，但由于地面的不均一性、含水比的不确定性，很难说准确地表示在原位置的热传导率。而且，热传导率也根据地面中的含水状态而变化，因此为了提高分析精度，需要适时进行热传导率的校正。

例如，能够不定期或定期并暂时地，在地面表层区域X或其附近区域设置地下温度计，对由该地下温度计测量的实测地下温度与将由气象数据测量设备测量的气象数据作为边界条件并通过热传导分析求出的地下温度计埋设位置的计算地下温度进行比较，以减少其残差的方式进行热传导率的修正(第一方法)。而且，也可以在无法埋设地下温度计的条件区域以外的地面表层区域或其附近区域，具体而言如图1所示，以足球场为例，球门柱背面等不会因比赛而荒芜的草坪区域等埋设热传导率校正用热电偶7，对由该热传导率校正用热电偶7测量的实测地下温度与将由气象数据测量设备测量的气象数据作为边界条件并通过热传导分析求出的地下温度计埋设位置的计算地下温度进行比较，以减少其残差的方式进行热传导率的修正(第二方法)。

在鉴定这些热传导率时，将热传导率的推定作为逆推问题进行处理，使用利用非线性最小二乘法来进行鉴定的方法。即，使用在地面内观测的温度的时间历程，通过使与观测点对应的位置的计算值与测量值的残差最小而求出。在该情况下，计算值与观测值的残差平方和即评价函数的最小化使用Gauss-Newton法。

如图6所示，使用使地面构造由若干层(局部区域)构成，各层内的热传导率恒定的假设。热传导率通常表达为下式(11)。

【式11】

k_λ ^T＝{k₁，k₂，k₃，…，k_n}…(11)

在这里，λ表示与局部区域对应的热传导率的序号，n是局部区域的总数。

另外，如下示出在设置于分析区域内的观测点的温度。

【式12】

在这里，～表示是观测值，μ表示观测点的序号，m表示观测点的总数。同样地，如下示出在与观测点1～m对应的节点的计算值。

【式13】

如下所示，用于求出热传导率的评价函数由观测的温度与所对应的温度的计算值的残差平方和表示。

【式14】

在这里，t₀、t_f分别表示计算开始时刻、计算结束时刻。由该式可知，评价函数是热传导率k_λ的函数，因此最佳的热传导率k_λ能够例如通过Gauss-Newton法使(14)式最小化而求出。

另外，各参数的灵敏度矩阵通过灵敏度方程法而求出。

【式15】

增量值Δk_λ ⁱ能够通过以下式(16)(17)而求出。

【式16】

【式17】

通过以上过程，能够求出各区域的热传导率。

【实施例】

在具有上述植被地面和装置等的结构的实际的体育场的场地中，以表1的模式照射生长灯(钠灯)，并求出基于以下(A)的热传导分析的地表面下5cm的深度的地下温度，一边考虑地面的热传导率一边进行温度控制，以使该地下温度成为目标地温。而且，同时也求出(B)的热传导分析的结果。而且，在地表面下5cm的深度设置热电偶，并对温度进行实测。

(A)每隔三小时进行将日照计、外部空气温度计、外部空气湿度计的气象数据以及生长灯的照射数据作为边界条件的热传导分析的情况(分析值：考虑生长灯)。

(B)每隔三小时进行将日照计、外部空气温度计、外部空气湿度计的气象数据作为边界条件、不将生长灯的照射数据作为边界条件进行热传导分析的情况(分析值：不考虑生长灯)。

上述(A)的热传导分析的温度分析值、上述(B)的热传导分析的温度分析值以及实测值的曲线图在图8中示出。由该结果可知，在不考虑生长灯的影响的情况下，温度分析值为相对于实测值最大相差5度左右的结果。与此相对，在考虑生长灯的影响的情况下，能够求出非常接近实测值的温度分析值。由此可知，根据考虑生长灯的影响的热传导分析求出地下温度，一边考虑地面的热传导率一边进行温度控制，以使该地下温度成为目标地温，由此能够进行更高精度的植被地面的温度控制。

产业上的可利用性

本发明的植被地面的温度控制方法适合于足球场、棒球场、高尔夫球场等运动体育场的天然草坪地面，但并不限定于此，也能够应用于其他场所的其他植被地面。

标号说明

1：管；2：细沙层；3：粗沙层；4：砾石层；5：热电偶；7：热传导率校正用热电偶；9A、9B：气象数据测量设备单元；10：生长灯；30：热水层；31：冷水层；32、33a～33f：切换控制阀；40：日照计；41：外部空气温度计；42：外部空气湿度计；43：风速计；44：风向仪；45：雨量计。

Claims

1.一种植被地面的温度控制方法，在该温度控制方法中，一边从植被地面上照射生长灯一边通过铺设于该生长灯的照射区域的植被地面内的进行加热和冷却的至少一方的温度调节体对地面表层区域的温度进行控制，其特征在于，

通过包含气象数据和生长灯的照射数据作为边界条件的热传导分析，求出所述地面表层区域的温度，一边考虑地面的热传导率一边控制所述温度调节体，以使该地面表层区域的地下温度成为目标地温，其中，该气象数据包含外部空气温度和外部空气湿度。

2.根据权利要求1所述的植被地面的温度控制方法，其中，

所述气象数据包含由日照计测量的测量数据，

在日光的照射环境下，一边从植被地面上照射生长灯一边通过铺设于该生长灯的照射区域的植被地面内的温度调节体对地面表层区域的温度进行控制。

3.根据权利要求1或2所述的植被地面的温度控制方法，其中，

将所述植被地面划分为多个控制区，并且在各控制区独立地配置所述温度调节体，能够按照各控制区独立地进行所述地面表层区域的温度控制，

依次切换所述控制区中的照射生长灯的照射区和不照射生长灯的非照射区，对所述植被地面照射生长灯，并且

在所述照射区的所述温度控制中，根据包含所述生长灯的照射数据作为边界条件的热传导分析进行所述温度控制，

在所述非照射区的所述温度控制中，根据不包含所述生长灯的照射数据作为边界条件或者包含修正为比所述照射区少的照射量的生长灯的照射数据作为边界条件的热传导分析进行所述温度控制。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的植被地面的温度控制方法，其中，

所述温度调节体是向铺设于所述植被地面内的管中供给热介质而得到的，通过对供给到该管的热介质进行控制来进行植被地面的温度控制。