DE60316656T2

DE60316656T2 - Verfahren zur Steuerung der Temperatur eines bepflanzten Grundes

Info

Publication number: DE60316656T2
Application number: DE60316656T
Authority: DE
Inventors: Toshiyasu Orimo; Noriyoshi Kaneko; Chitose Kuroda; Minoru Ishibashi
Original assignee: Sato Kogyo Co Ltd
Current assignee: Sato Kogyo Co Ltd
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2023-12-20
Also published as: EP1442654A2; EP1442654A3; DE60316656D1; EP1442654B1; JP2004229509A; CN1517006A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Temperaturregelungsverfahren für eine lebende Bodendecke zum genauen Durchführen einer Zufuhr und Steuerung eines Wärmeübertragungsmediums wie Warmwasser zu einer in dem Erdboden vergrabenen Rohrleitung in einem Fußballstadion oder dgl., in dem ein Rasen gepflanzt ist.
Beschreibung des Standes der Technik
In den vergangenen Jahren wird in dem Erdboden beispielsweise eines Fußballstadions, eines Spielplatzes oder eines Golfplatzes, auf denen ein Rasen gepflanzt ist, zum Zweck der Vermeidung eines Einflusses auf den Rasen infolge eines Temperaturabfalls aufgrund unzureichenden Sonnenscheins oder aufgrund der Jahreszeiten, oder eines vorübergehenden Temperaturabfalls bei Regenfall oder in der Nacht, einer Aufrauung des Rasens durch verschiedene Spiele, des Einflusses von Schneefall oder Frost, der Schneebeseitigung oder dgl. eine Rohrleitung zum Zirkulieren eines Wärmeübertragungsmediums im Erdboden vergraben, die Umgebung, in der das Wachstum des Rasens erleichtert wird, künstlich gebildet und die Begrünung des Rasens unterstützt.
Beispielsweise wird in dem unten erwähnten Patentdokument 1 ein Temperaturregelungsverfahren für eine lebende Bodendecke vorgeschlagen, bei dem, um zu bewirken, dass sich die Bodentemperatur eines Regelungsobjektbereichs für die Rasenwachstumsumgebung eignet, eine Rohrleitung in der gesamten lebenden Bodendecke verlegt, welche die Zufuhr eines Wärmeübertragungsmediums wie Warmwasser ermöglicht, und ein Temperaturfühler wird in dem Erdboden eingebettet, und unter Berücksichtigung der Wärmeleitfähigkeit des Bodens, wird die Temperatur des der Rohrleitung zugeführten Wärmeübertragungsmediums geändert.
[Patentdokument 1]

JP-A-8-196140

Ein Stadion wie ein Fußballstadion oder ein Spielplatz können aber auch für einen Wurfwettbewerb wie z. B. Speerwurf oder Kugelstoßen verwendet werden, und wegen des Rasenschnitts durch einen Rasenmäher oder der Regenerierung des Rasens entsteht ein Problem, dass ein Temperaturfühler weder in der Bodenfläche noch in einem Bereich von der Bodenfläche bis zu einer Stelle in einer Tiefe von mehreren -zig cm, genauer gesagt in einer Tiefe von etwa 30 cm eingebettet werden kann. Obwohl sich bei Experimenten oder dgl. in der Vergangenheit herausgestellt hat, dass ein Bodenbereich von der Bodenoberfläche bis zu einer Stelle in einer Tiefe von GL-5 cm (nachstehend als Bodenflächen-Schichtbereich bezeichnet) allgemein einen großen Einfluß auf das Wachstum des Rasens hat, wie vorher beschrieben wurde, da ein Sensor oder dgl. nicht in dem Bereich von der Bodenfläche bis zu einer Stelle in einer Tiefe von etwa 30 cm eingebettet werden kann, besteht ein Abstand zwischen einer Rohrinstallationsposition als Heizpunkt und dem Bodenoberflächenschichtbereich als Temperatur-Zielpunkt, und daher wird eine zeitliche Verzögerung in der Wärmereaktion zu einem Problem bei der Wärmeleitungsanalyse.
Übrigens hat sich herausgestellt, dass Wetterbedingungen an der Bodenoberfläche einen großen Einfluß auf das Wärmegleichgewicht der Rasenfläche haben und einen Einfluß auf die Temperatur des Bodenoberflächenschichtbereichs haben. Demgemäß ist es, um das Zuführtiming des Wärmeübertragungsmediums genau einzustellen, notwendig, die sich von einem Augenblick zum anderen ändernden Wetterbedingungen in Betracht zu ziehen und diese zu berücksichtigen.
WO 96/25035 A offenbart ein Steuer- bzw. Regelungssystem zum Drainieren, Bewässern und Beheizen eines Sportplatzes, bei dem zum Beheizen des Platzes ein Controller Teile eines Drainage-Suchsystems absperrt und einige der Rohrleitungs reihen von einer Hauptdrainageleitung isoliert und ein Heiz-Nebensystem durch Betätigen eines Wärmetauschers und einer Rezirkulation betätigt, wodurch bewirkt wird, dass erwärmtes Wasser in das restliche offene Netz strömt und in eine Füllschicht in Bereichen des Sportplatzes tröpfelt. Zusätzlich zu Temperatursonden, die in der Füllschicht eingebettet sind, können Lufttemperaturfühler unter Berücksichtigung der Tatsache angewandt werden, dass die Lufttemperatur vor der Abnahme der Bodentemperatur sinkt. Durch rechtzeitiges Abtasten einer gesunkenen Lufttemperatur wird das Heiz-Nebensystem früh hochgefahren, so dass die Wurzelzone des Feldes bzw. Platzes ausreichend beheizt wird und die Bodentemperatur nicht unter einen vorbestimmten Wert fällt.
DE 4205010 A offenbart ein Verfahren zum Ausgleichen des Bedarfs an Gas in einem Gasverteilungssystem und berücksichtigt bei der Regelung eine voraussichtlich zukünftige Temperaturentwicklung in dem Zuführbereich innerhalb einer Zeitspanne von mehr als 24 Stunden in die Zukunft. Die wahrscheinliche zukünftige Temperaturentwicklung wird auf der Basis von Wettervorhersagen bestimmt.
ABRISS DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist daher, wenn die Temperatursteuerung des Erdbodens durch ein in den Erdboden eingebettetes Wärmeübertragungsmedium-Zuführrohr durchgeführt wird, eine Bodentemperatur durch Ausführen einer Vorhersage einer Bodentemperatur mit einer Einschätzung einer Zeitverzögerung der Wärmeleitung und einer Wetteränderung genau zu steuern bzw. zu regeln.
Gemäß der Erfindung wird zur Erfüllung der obigen Aufgabe ein Temperaturregelungsverfahren für eine lebende Bodendecke bereitgestellt, wie es in Anspruch 1 definiert ist. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Gemäß dem Temperaturregelungsverfahren für eine lebende Bodendecke nach der Erfindung zur Regelung einer Temperatur der lebenden Bodendecke ist eine Rohrleitung an der gesamten lebenden Bodendecke verlegt, und es wird ein Wärmeübertragungsmedium der Rohrleitung zugeführt.
Bei den Temperaturregelungsverfahren werden zukünftige Wetterbedingungen auf der Basis von Wetterdaten geschätzt, und wenn die zukünftigen Wetterbedingungen in bezug auf mindestens die Außenlufttemperatur geschätzt werden, wird eine Außenlufttemperaturänderungs-Kurvenlinie der letzten 24 Stunden, die so korrigiert ist, dass sie in eine aktuelle Temperatur übergeht, geschätzt, eine Temperatur eines Bodenflächen-Schichtbereichs wird durch eine Wärmeleitungsanalyse mit der zukünftigen Wetterbedingung als Grenzbedingung vorhergesagt, und die Zufuhr eines Wärmeübertragungsmediums, das der Rohrleitung zugeführt wird, wird so gesteuert, dass eine Unterbodentemperatur des Bodenflächen-Schichtbereichs zu einer Ziel-Bodentemperatur wird.
Bei der Wärmeleitungsanalyse wird eine Boden-Wärmeleitfähigkeit aus einem Messergebnis eines Bodenfeuchtigkeitsmessers auf der Basis einer Korrelation zwischen der Boden-Wärmeleitfähigkeit und der Bodenfeuchtigkeit erhalten. Obwohl die Wärmeleitfähigkeit auch durch eine später beschriebene Identifikationsmethode erhalten werden kann, kann sie auch aus dem Messergebnis des Bodenfeuchtigkeitsmessers auf der Basis der Korrelation zwischen der Boden-Wärmeleitfähigkeit und der Bodenfeuchtigkeit erhalten werden. Übrigens wird die Einstellung der Bodenleitfähigkeit zu Beginn der Analyse aus dem Messergebnis von dem Bodenfeuchtigkeitsmesser erhalten, und die Korrektur kann danach durch das oben erwähnte Identifikationsverfahren erfolgen.
Gemäß dem ersten Aspekt werden die zukünftigen Wetterbedingungen auf der Basis beispielsweise der von einer Wetterbeobachtungsstation gemessenen Wetterdaten oder der durch den meteorologischen Dienst angegebenen Wetterdaten oder aus den von einem zivilen Wettervorhersagedienst erhaltenen Daten oder dgl. geschätzt, so dass die zukünftige Temperatur des Bodenoberflächenschichtbereichs vorausgesagt wird und die Zufuhr des der Rohrleitung zugeführten Wärmeübertragungsmediums so geregelt wird, dass die Unterbodentemperatur des Bodenoberflächenschichtbereichs zur Ziel-Bodentemperatur wird. Das heißt, da ein Strömungsplan im Hinblick auf die Wettervorhersage gemacht wird, wird es möglich, eine zeitliche Verzögerung der Wärmeleitung und eine Wetteränderung zu bewältigen, und die Genauigkeit kann auf gesicherte Weise erhöht werden.
Obwohl die Wetterbedingungen sich von einem Augenblick zum anderen ändern, gibt es periodische Abweichungen, wenn sie in einer breiten Perspektive gesehen werden. Es gibt zwar als Einstellverfahren für zukünftige Wetterbedingungen beispielsweise ein Verfahren der Durchschnittsermittlung von Änderungen der letzten 10 Jahre, in der Erfindung wird aber die Wetterlage der letzten 24 Stunden als periodische Grenzbedingung angesehen. Hierbei wird bezüglich zumindest der Außenlufttemperatur die Außenlufttemperaturänderungs-Kurvenlinie der letzten 24 Stunden, die so korrigiert ist, dass sie in die aktuelle Temperatur übergeht, geschätzt, so dass die Vorhersage der Bodentemperatur mit hoher Genauigkeit ermöglicht wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Temperaturregelungsverfahren für eine lebende Bodendecke vorgesehen, wie es im ersten Aspekt dargelegt wurde, wobei die Wärmeleitanalyse mit den zukünftigen Wetterbedingungen als Grenzbedingungen in bestimmten Zeitabständen durchgeführt wird und die Zuführsteuerung des Wärmeübertragungsmediums sukzessive korrigiert wird. Da sich das Wetter durch Wind oder Regen abrupt ändern kann, werden die Wärmeleitanalyse und der Strömungsplan in den bestimmten Zeitabständen korrigiert, so dass es möglich wird, abrupte Wetteränderungen zu bewältigen.
Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird das Temperaturregelungsverfahren für eine lebende Bodendecke bereitgestellt, wie es in dem ersten oder dem zweiten Aspekt dargelegt wurde, wobei die Wetterdaten Beobachtungsdaten sind, die von einer Wetterbeobachtungsstation erhalten wurden und zumindest einen Außenlufttemperaturanzeiger, ein Pyrheliometer und ein Netz-Radiometer umfassen. Bei einer nachstehend erwähnten Wärmebilanzgleichung der Bodenfläche sind in dem Fall, in dem drei Parameter der Sonnenstrahlungs-Absorptionswärme nach einem ersten Term auf einer rechten Seite, dem Langwellen-Strahlungsausgleich nach einem zweiten Term und der Konvektionswärmeleitung nach einem dritten Term berücksichtigt werden, drei Terme, nämlich die Sonnenstrahlungsgröße, eine atmosphärische Strahlungsgröße und eine Außenlufttemperatur als Wetterbeobachtungsdaten ausreichend.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird das Temperaturregelungsverfahren für eine lebende Bodendecke nach dem dritten Aspekt bereitgestellt, wobei die Wetterdaten ein Außenlufthygrometer und einen Windgeschwindigkeitsmesser aufweisen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf ein Fußballfeld,
2 eine schematische Ansicht einer Wetterdatenbeobachtungseinheit,
3 eine Schnittansicht eines Feldes, in dem ein Rohr, ein Thermoelement und dgl. verlegt sind,
4 eine Ansicht des gesamten Steuer- bzw. Regelungssystems,
5 eine Ansicht eines Finite-Element-Analysenmodells,
6 eine Ansicht zur Darstellung eines Schätzvorgangs einer zukünftigen Wetterbedingung (Außenlufttemperatur),
7 eine Ansicht eines Beispiels eines Zuführmodus eines Wärmeübertragungsmediums,
8 eine Ansicht eines Analysemodells zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit, und
9 eine graphische Darstellung von Bodentemperaturregelungs-Ergebnissen der Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
[Aufbau der lebenden Bodendecke, der Vorrichtung und dgl.]
1 ist eine Draufsicht auf ein Fußballfeld, 2 ist eine schematische Ansicht einer Wetterdaten-Messeinheit, und 3 ist eine Schnittansicht eines Feldes, in dem eine Rohrleitung und ein Thermoelement verlegt sind.
Wie in 3 gezeigt ist, hat die Bodenstruktur des Feldes eine dreischichtige Struktur aus einer feinen Sandschicht 2 (mit verbessertem Material), einer Kieselschicht 3 und einer Schotterschicht 4 von der Seite der oberen Schicht aus in dieser Reihenfolge, um eine Absenkung des Bodens, ein Eingraben von Spurrillen und dgl. infolge des Befahrens mit einem Verwaltungsfahrzeug wie z. B. einem Sprinklerfahrzeug und einem Rasenmäherfahrzeug zu vermeiden, und auch im Hinblick auf die Drainage. Wenn ein Rohr bzw. eine Rohrleitung 1 zum Zirkulieren eines Wärmeübertragungsmediums in der Umgebung einer Oberflächenschicht eingebettet bzw. vergraben wird, kann es/sie durch die Auflast des Verwaltungsfahrzeugs oder bei Spielen mit Speerwurf, Hammerwurf und dgl. verformt oder zerbrochen werden, und daher wird sie an einem sicheren Ort in einer Tiefe von mehreren -zig cm unter der Erdoberfläche vergraben. Genauer gesagt beträgt die Tiefe a von der Erdoberfläche bis zur Verlegeposition der Rohrleitung allgemein 15 bis 35 cm, vorzugsweise etwa 25 bis 30 cm. Übrigens wird sie hinsichtlich des Verlegezustands so verlegt, dass sie in der gleichen Ebene verlegt wird. Ihr Installationsintervall P beträgt 15 bis 60 cm bei einem normalen Beispiel.
Ein Wärmeübertragungsmedium (das sowohl ein Heizmedium als auch ein Kühlmedium sein kann), wie z. B. Warmwasser oder Kaltwasser mit einer vorbestimmten Temperatur, wird in das Rohr 1 durch ein nicht gezeigtes Wärmequellen-Betätigungsmittel zugeführt und zirkuliert. Als weiteres Wärmeübertragungsmedium können beispielsweise Dampf, ein Hochtemperaturgas oder dgl. als Hochtemperatur-Wärmeübertragungsmedium verwendet werden, und Chlorfluorkohlenstoffe, Salzwasser, Ammoniak oder dgl. können als Niedertemperatur-Wärmeübertragungsmedium verwendet werden. Obwohl die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums, das dem Rohr 1 zugeführt wird, allmählich durch Wärmeaustausch mit dem es umgebenden Erdboden erhöht oder gesenkt wird, kann die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums bis zur ursprünglichen Bezugstemperatur zurückgeführt werden, indem ein Wärmeübertragungsmedium-Hilfsbehälter bereitgestellt wird, in dem das Wärmeübertragungsmedium mit einer vorbestimmten Temperatur gespeichert wird, und zwar in der Mitte eines Strömungswegs des verlegten Rohrs 1, oder indem Heiz-/Kühlmittel für Wärmeübertragungsmedium wie z. B. eine Heiz-/Kühlspule, vorgesehen werden.
Andererseits ist bei der Erfindung gemäß 1 das Fußballfeld in mehrere Blöcke unterteilt, nämlich Block A bis Block L, ein Wärmeübertragungsmedium-Zuführsystem des Rohrs bzw. der Rohrleitung 1 wird unabhängig von jedem der Blöcke A bis L ausgebildet, und das Wärmeübertragungsmedium kann so gesteuert werden, dass es jedem der Blöcke A bis L zugeführt wird.
Übrigens sind in der Tiefenrichtung des Bodens zum Zweck der Verbesserung der Analysegenauigkeit Unterbodenthermometer wie die Thermoelemente 5, 5 ... in geeigneten Abständen zum Vergleich mit berechneten Unterbodentemperaturen und zur Feststellung der Wärmeleitfähigkeit vergraben. In diesem Fall sind die Thermoelemente 5 so ausgelegt, dass sie jedem der Blöcke A bis L entsprechen, und sind beispielsweise an zwei oder drei Stellen pro Block vorgesehen, und in Anbetracht der Auflast durch das Verwaltungsfahrzeug oder die Sportart wie Speerwurf oder Hammerwurf sind sie zu mehreren in der gleichen Tiefe wie die Rohrleitung 1 und an tieferen Stellen als diese in geeigneten Abständen vergraben. Bei diesem Beispiel sind drei Thermoelemente 5, 5 ... insgesamt in der Tiefenrichtung für jeden der Blöcke installiert. Übrigens kann statt der Thermoelemente 5 eine optische Faser oder dgl. verwendet werden. In bezug auf die Wärmeleitfähigkeit des Bodens wird, da die Erfinder der vorliegenden Erfindung u. a. herausgefunden haben, dass eine Korrelation zwischen der Wärmeleitfähigkeit des Bodens und der Bodenfeuchtigkeit besteht, ein Bodenfeuchtigkeitsmesser 6 vergraben, wobei die Wärmeleitfähigkeit aus einem Messwert desselben bestimmt werden kann.
Übrigens sind zwei Wetterdaten-Messeinheiten 9A und 9B am Boden auf den Seiten des Fußballfeldes installiert, um verschiedene Wetterdaten zu messen. Die Wetterdaten-Messeinheit 9A (9B) ist derart, dass beispielsweise gemäß 2 zusätzlich zu einem Pyrheliometer 40 Außenluft-Temperaturanzeiger 41, 41 ..., ein Außenluft-Hygrometer 42, ein Windgeschwindigkeitsmesser 43 und ein Netz-Radiometer 47, beispielsweise ein Windflügel 44 und eine Stromversorgung 46, an einer Stange installiert sind, die aufrechtstehend am Boden vorgesehen ist, und sie sind jeweils auf den Seiten des Fußballfeldes installiert, so dass sowohl ein sonniger Platz als auch ein beschatteter Platz gemessen werden kann, auch wenn dies von der (Tages-)Zeit abhängt. Als Wetterdaten-Messausrüstung können drei Arten von Messgeräten, d. h. das Pyrheliometer 40, das Netz-Radiometer 47 und die Außenluft-Temperaturanzeige 41, 41 ... für die Beziehung mit einem Analyseausdruck, wie er später beschrieben wird, verwendet werden. Übrigens ist auch ein Regenmesser 45 am Boden nahe der Wetterdaten-Messausrüstungseinheit 9A (9B) installiert.
4 ist eine Ansicht eines Regelungssystems durch die verschiedenen vorangehenden Messausrüstungen. Die von der Wetterdaten-Messeinheit 9A (9B) gemessenen Wetterdaten und die von den in den Erdboden vergrabenen Thermoelementen 5, 5 ... gemessenen Messdaten werden in einen Steuercomputer 52 eingegeben. Der Steuercomputer 52 erhält eine Unterbodentemperatur eines Bodenflächen-Schichtbereichs X, in dem das Thermoelement 5 nicht eingebettet werden kann, durch eine nachstehend beschriebene Wärmeleitungsanalyse auf der Basis der Messinformation, für eine nachher beschriebene Berechnung des optimalen Regelwerts auf der Basis der berechneten Unterbodentemperatur, und erstellt einen Strömungsplan zu den jeweiligen Blöcken. Dann gibt auf der Basis dieses Strömungsplans ein Controller 53 Befehle zur Steuerung von Ventilen zur Regelung der Wasserzuleitung zu den jeweiligen Blöcken aus.
Insbesondere bei der Bodentemperaturregelung der Erfindung werden zukünftige Wetterbedingungen auf der Basis der in dem Steuercomputer 52 gespeicherten letzten Wettermessdaten geschätzt, die Unterbodentemperatur des Bodenflächen-Schichtbereichs X wird durch die Wärmeleitungsanalyse mit den zukünftigen Wetterbedingungen als Grenzbedingungen vorausgesagt, und das Wärmeübertragungsmedium, das der Rohrleitung 1 zugeführt wird, wird gemäß dem im Hinblick auf die Wärmeleitfähigkeit des Bodens gemachten Strömungsplan so geregelt, dass die Unterbodentemperatur des Bodenflächen-Schichtbereichs X zur Ziel-Bodentemperatur gemacht wird.
Wenn die zukünftigen Wetterbedingungen im Hinblick zumindest auf die Außenlufttemperatur geschätzt werden, wird eine Außenlufttemperaturänderungs-Kurvenlinie der letzten 24 Stunden, die so korrigiert ist, dass sie in die aktuelle Temperatur übergeht, geschätzt.
Wie oben bemerkt wurde, werden die zukünftigen Bedingungen des Wetters geschätzt und die Bodentemperatur so vorausgesagt, dass es möglich wird, eine Zeitverzögerung einer thermischen Reaktion und einer Wetteränderung zu bewältigen. Wenn sich die geschätzte Wettersituation abrupt ändert, können die Grenzbedingungen andere werden als die Schätzung, und daher ist es wünschenswert, dass die Wärmeleitungsanalyse mit den zukünftigen Wetterbedingungen als Grenzbedingungen in festgelegten Zeitabständen erfolgt, und die Zuführsteuerung des Wärmeübertragungsmediums im Anschluß daran korrigiert wird. Vorzugsweise wird der Zeitabstand der Wärmeleitfähigkeitsanalyse auf 1 bis 5 Stunden, vorzugsweise 2 bis 3 Stunden festgelegt.
Nachstehend wird das Analyse- und Regelungsverfahren der Erfindung im einzelnen vom Regelungsstart aus gemäß einer Prozedur beschrieben.
[Schritt 1] .... Wärmeleitungsanalyse
(Messung von Wetterdaten)
Die Wetterdaten-Messausrüstungseinheit 9A (9B) erhält verschiedene Wetterbeobachtungsdaten, und die eingebetteten Thermoelemente 5, 5 ... führen Unterboden-Temperaturmessungen durch, um Daten zu erhalten, die dann im Steuercomputer 52 gespeichert werden.
(Vorhersageberechnung der Bodentemperatur des Bodenflächen-Schichtbereichs X)
Auf der Basis der im Steuercomputer 52 gespeicherten letzten Wetterdaten werden die zukünftigen Wetterbedingungen für jeden der Blöcke A bis L geschätzt. Hierbei werden unter der Annahme, dass die Wetterbedingungen von gestern sich grundlegend als zukünftige Wetterbedingungen wiederholen, die zukünftigen Wetterbedingungen geschätzt, so dass die Wetterbedingungen der letzten 24 Stunden wiederholt werden. Im Hinblick zumindest auf die Außenlufttemperatur T(t) aber, wie sie im folgenden Ausdruck (1) angegeben ist, wenn die Temperatur von gestern zu T^(o)(t):t ∊ [a, b] wird, wird T^(o)(t) zum Standard gemacht und eine Extrapolation vorgenommen, so dass eine Temperatur nach 24 Stunden gleich der aktuellen Temperatur wird. [Mathematischer Ausdruck 1]
Hierbei ist T(t): Zukünftige Temperatur (°C)
T⁽ ^o ⁾(t): Temperatur (°C) von gestern, wobei t ∊ [a (24 Stunden vorher), b (aktuell)] ist.
Ferner wird eine verständliche Erläuterung auf der Basis von 6 gegeben. Von der aktuellen Zeit bis in die Zukunft wird eine Lufttemperaturänderungs-Kurvenlinie der letzten 24 Stunden so korrigiert, dass sie in einen aktuellen Temperaturpunkt (T_R) übergeht, und sie wird als zukünftige Außenlufttemperaturänderungs-Kurvenlinie geschätzt. Bezüglich anderer Wetterbedingungen werden unter der Annahme, dass die Wetterbedingungen der letzten 24 Stunden sich einfach wiederholen, die Wetterbedingungen eingestellt. Andererseits können hinsichtlich der Feuchtigkeit und der Windgeschwindigkeit, obwohl eine Feuchtigkeitsänderungs-Kurvenlinie und eine Windgeschwindigkeitsänderungs-Kurvenlinie vor 24 Stunden als kontinuierlich mit der aktuellen Feuchtigkeit und Windgeschwindigkeit eingeschätzt werden kann, die aktuelle Feuchtigkeit und aktuelle Windgeschwindigkeit so eingeschätzt werden, dass sie konstante Werte aufweisen und kontinuierlich sind. Übrigens ist hinsichtlich der Sonneneinstrahlung und der Strahlungsbilanz auch dann, wenn davon ausgegangen wird, dass die Wetterbedingungen der letzten 24 Stunden wiederholt werden, dies hinsichtlich der Genauigkeit ausreichend.
Wenn die zukünftigen Wetterbedingungen eingestellt werden, wird in einem in 5 gezeigten Finite-Element-Modell, bei dem der Aufbau des Bodenflächen-Schichtbereichs modelliert wird, die Wärmeleitungsanalyse auf der Basis einer zweidimensionalen Wärmeleitungsgleichung und einer Wärmebilanzgleichung der Bodenoberfläche durchgeführt.
(Analytische Gleichung)
Die zweidimensionale Wärmeleitungsgleichung ist durch einen folgenden Ausdruck (2) angegeben. [Mathematischer Ausdruck 2]
Als zweidimensionale Wärmeleitungsgleichung wird eine primitive Gleichung einer Wärmeleitungsanalyse verwendet. Hierbei bezeichnet T die Temperatur, ρ, C und κ bezeichnen eine Dichte des Bodenmaterials, die spezifische Wärme bei konstantem Druck bzw. die Wärmeleitfähigkeit, und Q bezeichnet einen Wärmeerzeugungskern pro Volumeneinheit. Um den obigen Ausdruck (2) aufzulösen, ist eine nachstehend dargestellte Grenzbedingung erforderlich.
[Mathematischer Ausdruck 3]

T(x, y, t) = T ^(x, y, t) on Γ1 (3) [Mathematischer Ausdruck 4]

Hierbei bezeichnet T^ (man beachte: ^ ist nur dem oberen Teil beigefügt) einer Grenze Γ₁ gegebene Temperatur, und Q^ bezeichnet einen gegebenen Wärmefluß an einer Grenze Γ₂.
Die Buchstaben n_x und n_y bezeichnen Komponenten eines äußeren Normalvektors in bezug auf Γ₂. Wenn der Analysebereich des Finite-Element-Modells gemäß 5 berücksichtigt wird, so werden n_x = cos(n, x) = cos90° = 0 sowie n_y = cos(n, y) = cos0° = 1 erstellt, und daher wird der obige Ausdruck (4) zu einem folgenden Ausdruck (5). [Mathematischer Ausdruck 5]
Der Wärmefluß der Grenze Γ₂ kann durch die Wärmebilanzgleichung berechnet werden.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Berechnen der Grenzbedingung für die Wärmebilanzgleichung detailliert beschrieben. Zunächst wird die Wärmebilanzgleichung durch einen folgenden Ausdruck (6) angegeben. [Mathematischer Ausdruck 6]
Hierbei ist Ts: Bodenoberflächentemperatur

a:: Sonnenstrahlungs-Absorptionsfähigkeit
TH:: Sonneneinstrahlmenge
ε:: Strahlungsemissivität
AH-σTS⁴:: atmosphärische Strahlungsmenge
α_c:: Oberflächen-Wärmeleitfähigkeit
Ta:: Außenlufttemperatur
K:: Feuchtigkeits-Verdampfungsverhältnis
Ca:: Wärme feuchter Luft
L:: latente Wärme bei Verdampfung von Wasser
Xa:: absolute Feuchtigkeit der Außenluft
Xss:: Sättigung absoluter Feuchtigkeit bei

Bodenoberflächentemperatur
In dem obigen Ausdruck (6) gibt die linke Seite einen Wärmeleitungsterm an, der erste Term auf der rechten Seite gibt eine Sonnenstrahlungs-Absorptionswärme an, der zweite Term hiervon gibt eine Langwellenlängen-Strahlungsbilanz an, der dritte Term hiervon gibt eine Konvektionswärmeleitung an, und der vierte Term hiervon gibt eine latente Verdampfungswärme an. In diesem Fall wird hinsichtlich der jeweiligen Parameter eine realistische numerische Definition basierend auf tatsächlicher Messung und letzten Dokumenten durchgeführt. Übrigens ist bei der Wärmebilanzgleichung Ts (Bodenoberflächentemperatur) kein Messwert, und eine Berechnungstemperatur bei der früheren Wärmeleitungsanalyse wird eingeführt und die Berechnung durchgeführt.

(a) Sonnenstrahlungs-Absorptionsfähigkeit; a Aus den vorhandenen Dokumenten ergibt sich a = 0,66 im Fall eines trockenen Rasens, und a = 0,75 im Fall eines nassen Rasens.
(b) Sonnenstrahlungsmenge; TH Die Sonnenstrahlungsmenge umfasst einen direkten Sonnenstrahlungsbetrag durch Sonnenlicht und einen Himmelstrahlungs-Sonnenstrahlungsbetrag, wobei an einem sonnigen Ort beide als der Sonnenstrahlungsbetrag gegeben sind, und nur an einem beschatteten Ort der Himmelstrahlungs-Sonnenstrahlungsbetrag gegeben ist. Demgemäß werden, wie oben beschrieben wurde, die Wetterdaten der sonnigen Stelle und der beschatteten Stelle jeweils in geeigneter Weise durch die beiden Wetterdaten-Messeinheiten 9A und 9B verwendet.
(c) Strahlungsemissivität; ε Aus den vorhandenen Dokumenten wird ε = 0,93 erstellt.
(d) Atmosphärische Strahlungsmenge, AH-σTS⁴ Ein Messwert wird durch das Netz-Radiometer erstellt.
(e) Oberflächen-Wärmeleitfähigkeit; α_c Aus den vorhandenen Dokumenten wird aus einer Windgeschwindigkeit V_h eine beliebige Höhe h entsprechend einem folgenden Ausdruck (7) berechnet. Übrigens wird davon ausgegangen, dass der Windgeschwindigkeitsexponent 0,25 beträgt. [Mathematischer Ausdruck 7]
(f) Feuchtigkeitsverdampfungsverhältnis; K Aus den letzten Dokumenten ergibt sich K:0,1 bis 0,2 (es wird angenommen, dass eine Verdampfung mit einem Verhältnis von K in einer Niederschlagsmenge erfolgt).
(g) Feuchte Wärme von Luft; Ca Aus den vorhandenen Dokumenten ergibt sich Ca = 0,501 kcal/kg°C im Fall von Wasserdampf, und CA = 0,241 kcal/kg°C im Fall von Luft.
(h) Latente Verdampfungswärme von Wasser; L Aus den vorhandenen Dokumenten ergibt sich L = 597,5 kcal/kg.

Übrigens treten bei der Wärmebilanzgleichung der Bodenoberfläche die Grade des Einflusses der jeweiligen Parameter in der folgenden Reihenfolge auf: Sonnenstrahlungs-Absorptionswärme > Langwellenlängen-Strahlungsbilanz > Konvektionswärmeleitung > latente Verdampfungswärme, und es ist notwendig, immer mindestens die Sonnenstrahlungs- Absorptionswärme des ersten Terms auf der rechten Seite und die Langwellenlängen-Strahlungsbilanz des zweiten Terms zu berücksichtigen. Beispielsweise kann aber die Konvektionswärmeleitung des dritten Terms unter der Bedingung entfallen, dass der Einfluß eines am Boden wehenden Windes in einem von einem Dach umgebenen Stadium gering ist. Wenn keine hohe Genauigkeit erforderlich ist, kann übrigens die latente Verdampfungswärme des vierten Terms vernachlässigt werden. Demgemäß sind in dem Fall, bei dem die Wärmebilanzgleichung so gestaltet ist, dass sie eine Berücksichtigung der drei Parameter, nämlich der Sonnenstrahlungs-Absorptionswärme des ersten Terms der rechten Seite, der Langwellenlängen-Strahlungsbilanz des zweiten Terms sowie der Konvektionswärmeleitung des dritten Terms mit einbezieht, die drei Terme, nämlich die Sonnenstrahlungslänge, die atmosphärische Strahlungsmenge und die Außenlufttemperatur als Wetterbeobachtungsdaten ausreichend.
Da übrigens bei der Wärmeleitungsanalyse die Temperaturen an den Positionen, an denen die Thermoelemente 5, 5 ... vergraben sind, durch Messung bekannt sind, werden die Messtemperaturen an Knotenpositionen bei dem Analysemodus eingefügt, um die Rechengenauigkeit zu verbessern.
Andererseits ist eine Ausgangsbedingung durch einen folgenden Ausdruck (8) gegeben.
[Mathematischer Ausdruck 8]

T(x, y, 0) = T0(x, y) (8)

Eine normale Galerkin-Methode wird auf primitive Gleichungen angewandt, und Variablen werden durch Drei-Knoten-Dreieckelemente diskretisiert, so dass die folgende Finite-Element-Gleichung erhalten wird. [Mathematischer Ausdruck 9]
Hierbei bezeichnen M_αβ, S_αβ und Ω_α (man beachte: α und β sind Indizes) eine Massematrix, eine Diffusionsmatrix bzw. einen Flussvektor, und Δt bezeichnet ein Infinitesimal-Zeitinkrement. Zur Diskretisierung in einer Zeitrichtung wird ein Crank-Nicolson-Verfahren angewandt.
Aus der obigen Wärmeleitungsanalyse kann die Temperatur des Bodenflächen-Schichtbereichs X von der Gegenwart in die Zukunft (bis 24 Stunden später, wenn die zukünftigen Wetterbedingungen eingestellt sind) durch Berechnung erhalten werden.
[Schritt 2] ... Planung eines Strömungsplans durch Optimal-Steuerungsberechnung
Da nach den obrigen Ausführungen die Bodentemperatur des Bodenflächen-Schichtbereichs X, dessen Temperatur nicht direkt gemessen werden kann, durch die Prozedur des Schritts 1 erfaßt werden kann, wird als nächste Prozedur der Strömungsplan des der Rohrleitung 1 zugeführten Wärmeübertragungsmediums erstellt, so dass ein Bezugspunkt S (sh. 3, ein Punkt in einer Tiefe von mehreren Zentimetern unter der Bodenoberfläche, an dem die Temperatursteuerung für das Wachstum des Rasens wichtig wird, beispielsweise ein Punkt in einer Tiefe von 5 cm), der in dem Bodenoberflächenschichtbereich X eingestellt ist, mit einer Zieltemperatur versehen wird. Im einzelnen ist es möglich, einen ersten Modus zu erstellen, bei dem das Wärmeübertragungsmedium dem Rohr 1 so zugeführt wird, dass die Temperatur des Bezugspunkts S nicht eine spezifizierte Temperatur oder niedriger werden kann, und einen zweiten Modus, bei dem das Wärmeübertragungsmedium dem Rohr 1 so zugeführt wird, dass es der Bodentemperatur eines Blocks folgt, in dem der Sonnenschein unzureichend ist. In diesem Beispiel wird der erste Modus angewandt, und es wird eine Beschreibung zu einem Fall gegeben, bei dem ein Steuer- bzw. Regelobjekt zu dem Modus wird, bei dem das Wärmeübertragungsmedium so zugeführt wird, dass die Bodentemperatur des Bezugspunkts S eine eingestellte Temperatur oder höher wird.
(Steueranalyse des Wärmeübertragungsmediums)
Die zweidimensionale Wärmeleitungsgleichung (2) kann in einer folgenden Matrixform ausgeführt werden. [Mathematischer Ausdruck 10]
Hierbei ist S: Wärmeleitungsmatrix, T: Temperaturvektor eines Knotenpunkts, F: Wärmeflussvektor, M: Wärmekapazitätsmatrix.
Wenn eine Heizwirkung durch Wasserzuleitung als Wärmeerzeugung an einem Knoten einer Rohrposition betrachtet wird und die Wasserzuleitung nur als Ein/Aus-Betrieb durch Schalten eines Dreiwegeventils betrachtet wird, wird die Steuerung bzw. Regelung zu einer Bang-Bang-Steuerung, bei der ein Wärmeerzeugungsterm Q entweder den Wert 0 (bei nicht stattfindender Strömung) oder Qo (bei stattfindender Strömung) annimmt.
Der Term des Ausdrucks (10) bezüglich der Wärmeerzeugungsrate des Steuerobjektknotens wird abgetrennt und modifiziert, wie durch einen folgenden Ausdruck (11) angegeben ist.
[Mathematischer Ausdruck 11]

T = AT + Bu + C (11)

Bei t ∊ [r₀, t_f] (t₀: Startzeit der Steuerung, t_f: Endzeit der Steuerung) gemäß dem obigen Ausdruck (11) wird ein Problem beim Erhalt einer Steuerung u(t) zur Minimierung einer Auswertungsfunktion eines folgenden Ausdrucks (12) als Optimalregelungsproblem gelöst. Als Algorithmus ausgehend von einem Anfangswert einer geeigneten Steuervariablen zur Verbesserung eines Auswertungsfunktionswerts wird ein Sakawa-Shindo-Verfahren angewandt. [Mathematischer Ausdruck 12]
Hierbei ist T*: Zieltemperatur am Bezugspunkt,
T(t): durch numerische Berechnung erhaltene Temperatur, und
U(t): Steuerwärmebetrag.
Da in diesem Beispiel die Zielsetzung der Temperatursteuerung darin besteht, die Temperatur des Bezugspunkts S zu einem Wert zu machen, der nicht niedriger ist als ein spezifizierter Wert, wird in dem obigen Ausdruck (12) die Diagonalmatrix [Q], die das Gewicht ausdrückt, als eine wie in dem folgenden Ausdruck (13) bestimmt, und zwar nicht als konstanter Wert wie in einem Normalfall, und es wird Q_lower >> Q_upper erstellt, so dass die Auswertungsfunktion einen größeren Wert annimmt, wenn die Knotentemperatur (node temperature) niedriger ist als der Zielwert. [Mathematischer Ausdruck 13]
In diesem Beispiel wird auf der Basis des Bodentemperatur-Rechenergebnisses des Bodentemperatur-Steuerobjektbereichs eine räumliche und zeitliche Temperaturänderung beispielsweise durch das Finite-Elementverfahren erfasst, während die Wärmeleitfähigkeit des Erdbodens berücksichtigt wird, und ein Strömungsmuster (Wasserzuleitungs-/Wasserstopstruktur) des Wärmeübertragungsmediums wird erhalten, so dass ein Unterschied zwischen der Zieltemperatur des Bezugspunkts S und der berechneten Temperatur minimal wird und die Bodentemperatur gesteuert bzw. geregelt wird. Demgemäß kann der Bodenflächen-Schichtbereich mit dem größten Einfluß auf das Wachstum des Rasens auf eine geeignete Temperaturumgebung eingestellt werden.
Übrigens wird bei diesem Beispiel die Steuerung bzw. Regelung so durchgeführt, dass die Bodentemperatur die eingestellte Temperatur erreicht oder höher wird, und der obere Grenzwert wird bei der Steuerung nicht eingestellt. Wenn aber der obere Grenzwert eingestellt wird, gibt es auch einen Fall, bei dem die Zufuhr von Warmwasser und/oder Kaltwasser gesteuert wird. In diesem Fall wird gemäß 7 ein Warmwasserbehälter 30 zum Speichern von Warmwasser auf einer Hochtemperaturseite (Temperatur a) und ein Kaltwasserbehälter 31 zum Speichern von Kaltwasser auf einer Niedertemperaturseite (Temperatur b) separat vorbereitet, und der Warmwasserbehälter 30 und der Kaltwasserbehälter 31 werden durch Schaltsteuerventile 32, 33a, 33b ... so geschaltet, dass das Warmwasser oder das Kaltwasser mit einer spezifischen Temperatur rasch ohne Steuerverzögerung in spezifischen Zeitintervallen zugeführt werden kann. Übrigens wird entsprechend den Jahreszeiten nur einer hiervon, der Warmwasserbehälter 30 oder der Kaltwasserbehälter 31 vorbereitet, und es kann eine Einstufenregelung durchgeführt werden.
[Festlegung eines physikalischen Werts (Wärmeleitfähigkeit)]
Als nächstes wird ein Verfahren zur Festlegung der Wärmeleitfähigkeit beschrieben. Bei der Einstellung der Wärmeleitfähigkeit wird vorab eine Korrelation zwischen der Wärmeleitfähigkeit und der Bodenfeuchtigkeit untersucht und als Daten gehalten, und sie wird aus Messergebnissen des im Boden vergrabenen Bodenfeuchtigkeitsmessers 6 erhalten. Wegen der Unregelmäßigkeit des Bodens und der Unbestimmtheit eines Feuchtigkeitsverhältnisses kann jedoch nicht behauptet werden, dass die Wärmeleitfähigkeit an der Ursprungsposition genau ausgedrückt wird. Da übrigens die Wärmeleitfähigkeit auch durch den Wasserführungszustand im Boden geändert wird, ist es zur Verbesserung der Analysegenauigkeit erwünscht, die Korrektur der Wärmeleitfähigkeit in geeigneter Weise durchzuführen.
Als Feststellungsverfahren der Wärmeleitfähigkeit ist es möglich, ein erstes Verfahren anzugeben, bei dem ein Unterbodenthermometer in dem Bodenflächen-Schichtbereich X oder an einer Stelle nahe diesem unregelmäßig oder periodisch und vorübergehend installiert ist, eine tatsächlich gemessene Unterbodentemperatur, die von diesem Unterbodenthermometer gemessen wird, mit einer berechneten Unterbodentemperatur an der Position, an der das Unterbodenthermometer vergraben ist, verglichen wird, was durch die Wärmeleitungsanalyse mit den von der Wetterdaten-Messausrüstung gemessenen Wetterdaten als Grenzbedingungen erhalten wird, und die Wärmeleitfähigkeit so korrigiert wird, dass die Restmenge abnimmt (so as to decrease the residual), und ein zweites Verfahren, bei dem ein Thermoelement 7 zur Kalibrierung der Wärmeleitfähigkeit in dem Bodenflächen-Schichtbereich an einer anderen Stelle als dem Bereich, an dem das Unterbodenthermometer nicht vergraben werden kann oder in einem Bereich nahe diesem vergraben ist, insbesondere beim Beispiel des Fußballfeldes gemäß 1 in einem Rasenbereich oder dgl., der nicht vom Spiel aufgeraut ist wie z. B. die Stelle hinter dem Torpfosten, wobei eine tatsächlich gemessene Unterbodentemperatur, die von diesem Thermoelement 7 zur Wärmeleitfähigkeitskalibrierung gemessen wird, mit der berechneten Unterbodentemperatur an der Vergrabestelle des Unterbodenthermometers verglichen wird, die durch die Wärmeleitfähigkeitsanalyse mit den von der Wetterdaten-Messvorrichtung als Grenzbedingungen gemessenen Wetterdaten erhalten wird, wobei die Wärmeleitfähigkeit korrigiert wird, so dass der Restbetrag verringert wird.
Bei der Feststellung der Wärmeleitfähigkeit wird ein Verfahren verwendet, bei dem die Schätzung der Wärmeleitfähigkeit als umgekehrtes Problem behandelt wird, und die Feststellung erfolgt unter Anwendung einer nichtlinearen Methode des kleinsten Quadrats. Das heißt, es wird ein Temperatur-Zeitablauf, der im Boden beobachtet wird, angewandt, und er wird dadurch erhalten, dass der Restbetrag zwischen dem berechneten Wert an einer dem Beobachtungspunkt entsprechenden Position und dem beobachteten Wertminimum ermittelt wird. In diesem Fall wird ein Gauss-Newton-Verfahren angewandt, um die Restsumme der Quadrate des berechneten Werts und des beobachteten Werts zu minimieren, d. h. eine Ermittlungsfunktion.
Wie in 8 gezeigt ist, ist die Bodenstruktur aus einigen Schichten (Teilbereichen) hergestellt, und es wird angenommen, dass die Wärmeleitfähigkeiten in den jeweiligen Schichten konstant sind. Die Wärmeleitfähigkeit wird allgemein durch einen folgenden Ausdruck (14) ausgedrückt:
[Mathematischer Ausdruck 14]

kλ T = {k1, k2, k3, ..., kn} (14)

Hierbei bezeichnet λ den Zahlenwert der Wärmeleitfähigkeit, der einem Teilbereich entspricht, und n bezeichnet die Gesamtzahl von Teilbereichen.
Übrigens wird eine Temperatur an einem Beobachtungspunkt, der im Analysebereich vorgesehen ist, wie folgt ausgedrückt:
[Mathematischer Ausdruck 15]

T ~μ(t)T = {T ~1(t), T ~2(t), T ~3(t), ..., T ~m(t)} (15)

Hierbei bedeutet ~ einen Beobachtungswert, μ bezeichnet eine Zahl eines Beobachtungspunkts, und m bezeichnet die Gesamtzahl von Beobachtungspunkten. Auf ähnliche Weise wird ein Rechenwert an Knoten, die den Beobachtungspunkten 1 bis m entsprechen, wie folgt ausgedrückt.
[Mathematischer Ausdruck 16]

Tμ(t, kλ)T = {T1(t, kλ), T2(t, kλ), T3(t, kλ), ..., Tm(t, kλ)} (16)

Die Auswertungsfunktion zum Erhalten der Wärmeleitfähigkeit wird durch die Reststumme von Quadraten beobachteter Temperaturen und entsprechenden Temperaturrechenwerten ausgedrückt, wie nachstehend angegeben ist. [Mathematischer Ausdruck 17]
Hierbei bezeichnen t_o und t_f eine Rechenstartzeit bzw. eine Rechenendzeit. Wie aus diesem Ausdruck hervorgeht, da die Auswertungsfunktion eine Funktion der Wärmeleitfähigkeit k_λ ist, kann die optimale Wärmeleitfähigkeit k_λ durch Minimieren des Ausdrucks (17), beispielsweise durch ein Gauss-Newton'sches Verfahren erhalten werden.
Übrigens wird eine Sensibilitätsmatrix jedes der Parameter durch ein Sensibilitätsgleichungsverfahren erhalten. [Mathematischer Ausdruck 18]
Ein Inkrementalwert Δ_kλ ¹ kann aus den folgenden Ausdrücken (19) und (20) erhalten werden. [Mathematischer Ausdruck 19]
[Mathematischer Ausdruck 20]
Durch die obige Prozedur können die Wärmeleitfähigkeiten der jeweiligen Bereiche erhalten werden.
Experimentelle Ergebnisse eines Falls werden im folgenden beschrieben, bei dem gemäß der Erfindung die zukünftigen Wetterbedingungen auf der Basis der letzten Wettermessdaten, die Unterbodentemperatur des Bodenflächen-Schichtbereichs X durch die Wärmeleitfähigkeitsanalyse mit den zukünftigen Wetterbedingungen als Grenzbedingungen vorausgesagt wird, und das Strömungsmuster eingestellt und die Bodentemperaturregelung durchgeführt wird, um die Unterbodentemperatur des Bodenflächen-Schichtbereichs X zur Ziel-Bodentemperatur zu machen. Hierbei wird bezüglich der Außenlufttemperatur die Außenlufttemperaturänderungs-Kurvenlinie der letzten 24 Stunden, die so korrigiert wird, dass sie mit der aktuellen Temperatur Kontinuität aufweist, geschätzt, und bezüglich der anderen Wetterbedingungen, speziell bezüglich der Sonneneinstrahlmenge, der atmosphärischen Strahlungsmenge, der Feuchtigkeit und der Windgeschwindigkeit wird davon ausgegangen, dass das Wetter der letzten 24 Stunden sich einfach wiederholt. Bei der Bodentemperaturregelung wird das Strömungsmuster so eingestellt, dass die Temperatur des Bezugspunkts S nicht niedriger ist als 3°C.
9 zeigt die Ergebnisse. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, sind die Ergebnisse derart, dass die geschätzte Temperatur von GL-5 cm sehr genau mit dem Messergebnis durch die drei Thermoelemente Nr. 1 bis Nr. 3 koinzidiert, wobei die Eigenschaft der Erfindung bestätigt wird.
Wie oben im Detail beschrieben wurde, wird es gemäß der Erfindung möglich, wenn die Temperatursteuerung des Bodens durch das im Erdboden vergrabene Rohr zum Zuführen des Wärmeübertragungsmediums durchgeführt wird, da das dem Rohr zugeführte Wärmeübertragungsmedium auf der Basis der Bodentemperaturvoraussageanalyse, welche die zukünftigen Wetterbedingungen einschätzt, durchgeführt wird, die Zeitverzögerung der Wärmeleitung und der Wetteränderung zu berücksichtigen, wobei die Bodentemperatur mit hoher Genauigkeit geregelt werden kann.

Claims

Temperaturregelungsverfahren für eine lebende Bodendecke zum Steuern einer Temperatur der lebenden Bodendecke (2, 3, 4) durch Verlegen einer Rohrleitung (1) in der gesamten lebenden Bodendecke (2, 3, 4) und zum Zuführen eines Wärmeübertragungsmediums in dem Rohr (1), wobei zukünftige Wetterbedingungen auf der Basis von Wetterdaten geschätzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die zukünftigen Wetterbedingungen zumindest in Bezug auf eine Außenlufttemperatur geschätzt werden, eine Außenlufttemperaturänderungs-Kurvenlinie der letzten 24 Stunden, die so korrigiert ist, dass sie in eine aktuelle Temperatur übergeht, geschätzt wird, eine Temperatur eines Boden-Oberflächenschichtbereichs durch eine Wärmeleitanalyse mit den zukünftigen Wetterbedingungen als Randbedingungen vorhergesagt wird, und die Zufuhr des der Rohrleitung (1) zugeführten Wärmeübertragungsmediums so gesteuert wird, dass eine Unterbodentemperatur des Boden-Oberflächenschichtbereichs zu einer Ziel-Bodentemperatur wird, wobei bei der Wärmeleitanalyse eine Boden-Wärmeleitfähigkeit aus einem Messergebnis eines Boden-Feuchtigkeitsmessers (6) auf der Basis einer Beziehung zwischen der Boden-Wärmeleitfähigkeit und der Bodenfeuchtigkeit erhalten wird.
Temperaturregelungsverfahren für eine lebende Bodendecke nach Anspruch 1, wobei die Wärmeleitanalyse mit den zukünftigen Wetterbedingungen als Randbedingungen in festgelegten Zeitabständen durchgeführt wird, und die Steuerung der Zufuhr des Wärmeübertragungsmediums daraufhin korrigiert wird.
Temperaturregelungsverfahren für eine lebende Bodendecke nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wetterdaten Beobachtungsdaten sind, die durch eine Wetterbeobachtungsstation (9A, 9B) mit mindestens einem Außenluft-Temperaturanzeiger (41), einem Pyrheliometer (40) und einem Netz-Radiometer (47) erhalten werden.
Temperaturregelungsverfahren für eine lebende Bodendecke nach Anspruch 3, wobei die Wetterdaten Beobachtungsdaten enthalten, die durch ein Außenluft-Hygrometer (42) und einen Windgeschwindigkeitsmesser (43) erhalten werden.