JP2005261311A - 潅水システム - Google Patents

Abstract

【課題】設置された屋上環境で潅水周期を検知して、広い面積に潅水することを可能にする潅水システムを提供する。
【解決手段】本発明の潅水システム１００は、貯水タンク１１と、給水パイプ１２で接続された水位調節装置３０を内蔵した植木鉢１０と、該植木鉢１０の水受け器１０ａ部分の最高潅水水位に合わせた位置に挿通接続された潅水パイプ１３と、潅水パイプ１３の先端が挿入された吸水・保水材１４と、該吸水・保水材１４から流下する潅水を受けて植物を育成させる植生培地１６とから構成され、貯水タンクと給水パイプで接続された該水位調節装置を内蔵した前記植木鉢１０には、水受け器部と吸水材で連結した培養土に潅水ガイド植物９を植栽し、前記潅水ガイド植物９が前記最高潅水水位まで潅水された前記水受け器部分の水を吸い上げて潅水開始水位に達するまで消費したとき給水を開始する間欠潅水を行い、該潅水ガイド植物９の潅水周期に同期させて屋上植生培地１６に植栽された植物に潅水することを可能にしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物屋上の緑化などの厳しい環境を含む潅水システムに関し、詳しくは、植栽した植物を給水時期感知センサーとして利用することにより、屋内外環境に応じた最適な自動潅水管理を行うシステムに関する。

従来から植物栽培による環境改善が提案されていたが、特に、厳しい環境にある屋上緑化は、植物本来のＣＯ_２の固定化及び蒸散作用による気化熱で屋上の気温上昇を抑制することから、都市部のヒートアイランド現象の緩和対策として全国的に注目を集めている。このため、屋上緑化のさまざまな発明が提案されている。特に、日照により乾燥しやすい屋上や屋根部に対する潅水や、保水培地に関してさまざまな提案がなされてきた。

特許文献１には、雨水の集水、貯留及びその貯留水の再利用も考慮し、建物屋上部における広域緑化に適した潅水システムが提案されている。この発明は、貯留タンクと、複数の緑化コンテナとからなり、雨水を取り込めると共に底部に給水口を備えた緑化コンテナと貯留タンクが分岐バルブを介して配管で連結されて、集水タンクに一定水位の雨水を検知したときポンプが働き貯留タンクに貯留し、また、一定時間ごとに分岐バルブを開閉して緑化コンテナに給水するものである。

この発明では、雨水と共に、余剰な給水も、緑化コンテナの底部から回収して、貯留タンクに貯留するため、給水の節約が考慮されている。しかし、この発明に限らず、従来の潅水システムは、給水・集水ポンプや、開閉電磁弁を電気的に制御し、特に、給水は、予め設定した一定時間ごとに動作させるものであった。

植物の生育環境は、季節及びその日の天候により大きな違いがあり、また、植生された植物が、芽が出た状態から繁茂した状態までの生育状況に応じて潅水の消費量も大きく異なる。さらに、建物屋上にあっては、その環境の変化は地面に接した環境より大きく変化する。このため、屋上緑化においては、従来の一定時間ごとの自動給水システムでは、過剰給水や給水不足をきたし、本来の植物成長に適した給水を行うことがなされていなかった。

このため、屋上緑化では、潅水管理が充分になされなくても生育できる「セダム」類の植栽が勧められているが、セダム類は、一定以上の高温になると気孔を閉じて水分の蒸散を止める性質を持っている。すなわち、潅水管理が容易であるセダム類の植栽では、屋上緑化の目的である「植物の蒸散作用による温度上昇抑制」効果をあげることはできない。このため、屋上緑化の問題解決には潅水管理が重要な課題となっていた。

本発明者が提案した特許文献２は、植物の育成鉢やプランターへの給水調節可能な水位調節装置と、その水位調節装置を用いた水受け器及びプランターについて開示している。

図３は、特許文献２の水位調節装置３０の構造を示す模式図である。水位調節装置３０は、底面が開放された真空ケース３３の上壁に空気孔３３ａを有し、水位の上昇により浮き上がる第１の浮き３１が、その上下により空気孔３３ａを開閉するように取り付けられ、真空ケース３３内に水位の変化で上下する第２の浮き３２が給水パイプ１２と接続される注水弁３２ａを開閉するように設けられた構造である。この水位調節装置３０は、潅水開始水位Ｗ３になると、第２の浮き３２が注水開始の傾き線に示すように傾き、注水弁３２ａを開けて注水させ、最高水位Ｗ２に達したとき、注水弁３２ａを閉じる。このとき第２の浮き３２は水位により浮き上がり注水弁を閉じた状態となり、潅水された植物が給水を吸い上げ消費するに伴い水位が低下したとき、第１の浮き３１が下がり、空気孔３３ａが塞がれた真空ケース３３内は、減圧状態となり第２の浮き３２が水位と共に下がることを抑止する。水位が、真空ケース３３に設けられた通気溝３３ｂの高さ（潅水開始水位Ｗ３）以下に低下したとき、通気溝３３ｂから流入する空気により真空ケース内の減圧状態が解かれ、第２の浮き３２が注水開始の傾き位置まで傾き注水が開始される。

この水位調節装置３０を、水受け器の底部に設けて上部の貯水タンクと連結することによれば、電気制御やポンプなどの動力を用いることなく、植物の水消費にあわせて、間欠的に潅水を行うことができる。水受け器内に載置した植木鉢の植物が、その季節、天候に応じて水消費を行い、完全に消費してから潅水を行うことができる。この繰り返しは、植栽土壌に、水と空気を交互に供給することとなり、土壌の活性化と植物の生育条件が理想的とすることができた。このため、屋上緑化においても、潅水管理に適用することが望まれていた。

しかしながら、雨水の排水を良くする為に、傾斜がつけられている屋上に、この発明の水位調節装置３０を適用することは、屋上傾斜の問題と共に、広い面積に水受け器を設けなければならない問題があった。

特開２００３−１９９４４３号公報（第２、３頁、４頁、第１図） 特開２００２−３４５３４２号公報（第２、３頁、４頁、第１図）

前述の問題を解決するため、本発明は、設置された屋上などの厳しい環境で植物に最適な潅水周期を検知して、広い面積に潅水することを可能にする潅水システムを提供することを課題とする。

また、潅水周期は、生育している植物が、潅水をすべて消費し培養土壌が一旦乾燥する周期に沿って行われるように制御されることを課題とする。

前述の課題を解決するため、本発明の潅水システムは、植生用の培地に自動的に潅水するシステムであって、植生培地より上方に設けられ落差により給水可能な貯水タンクと、該貯水タンクと給水パイプで接続された水位調節装置を内蔵した植木鉢と、該植木鉢の水受け器部分の最高潅水水位に合わせた位置に挿通接続された潅水パイプと、潅水パイプの先端が挿入された吸水・保水材と、該吸水・保水材の下部から流下する潅水を受けて植物を育成させる植生培地とから構成され、
前記水位調節装置は、予め定める最高潅水水位を検知するセンサーと、潅水が植栽した植物に消費されたとき、水位の低下から潅水開始を検知するセンサーと、潅水開始水位を検知したとき注水弁を開け前記貯水タンクから給水し、最高潅水水位を検知したとき注水弁を閉じる機構を備え、前記最高潅水水位の位置に挿通された潅水パイプを介して前記吸水・保水材が飽和保水量に達するまで貯水タンクの水を吸水・保水材に供給し、
貯水タンクと給水パイプで接続された該水位調節装置を内蔵した前記植木鉢には、水受け器部と吸水材で連結した培養土に潅水ガイド植物を植栽し、前記潅水ガイド植物が、前記最高潅水水位まで潅水された前記水受け器部分の水を吸い上げて潅水開始水位に達するまで消費したとき給水を開始する間欠潅水を行い、該潅水ガイド植物の潅水周期に同期させて植生培地に植栽された植物に潅水することを可能にしたことを特徴とする。

また、前記水位調節装置は、真空ケース内に設けた第１の浮きと、真空ケースの空気孔を開閉する第２の浮きと、第１の浮きに連結された注水弁とから構成した重力弁構造であることを特徴とする。

また、前記水位調節装置は、水受け器内の水に触れることにより電気信号を発する二つのセンサーを、最高潅水水位と、潅水開始水位とに設け、センサーの出力信号から、注水弁を開閉する信号を出力する制御回路又は制御ソフトウェアを備え、電磁的に注水弁を開閉することを特徴とする。

また、前記吸水・保水材は、ロックウールを含む吸水／保水作用を有する資材を用い、前記屋上植生培地は、人工芝を含む防根シート兼ねる用土保持作用を有する資材を用いることを特徴とする。

本発明の潅水システムによれば、潅水ガイド植物の潅水周期に同期させて屋上植生培地に植栽された植物に潅水することが可能となる。このため、植物の成長に理想的な間欠潅水を行うことができる。

また、季節の変化、天候の変化に応じた植物の活動を、潅水ガイド植物をセンサーとして潅水周期を検知する水位調節装置を備えるため、過剰潅水や潅水不足を防止することができる。

さらに、屋上排水傾斜にあわせた植生培地とし、吸水・保水材から自然流下する潅水を植生培地に供給することが容易に行える。このため、屋上植生培地の軽量化を図ることができる。

また、さらに、重力弁を用いた水位調節装置を用いれば、電気や動力を用いることなく潅水の管理を自動的に行うことができる。さらにまた、貯水タンクへの雨水貯留や、水の補給を自動化すれば、潅水の手間をほとんどかけない潅水システムとすることができる。

次に本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。図１は、本発明の潅水システムの構成を示す模式図である。以下、最も厳しい環境に晒される屋上の緑化潅水における実施の形態をモデルとして説明する。

図１に示す本発明の潅水システム１００は、屋上植生培地１６より上方に設けられ、落差により給水可能な貯水タンク１１と、該貯水タンク１１と給水パイプ１２で接続された水位調節装置を内蔵した植木鉢１０と、該植木鉢１０の水受け器１０ａ（図２参照）部分の最高潅水水位に合わせた位置に挿通接続された潅水パイプ１３と、潅水パイプ１３の先端が挿入された吸水・保水材１４と、該吸水・保水材１４の下部から流下する潅水を受けて植物を育成させる植生培地１６とから構成される。

ここで、本発明の最大の特徴は、屋上に水平に置かれた水位調節装置を内蔵した植木鉢１０に、潅水ガイド植物９が植栽されていることである。第２の特徴は、屋上の傾斜（通常排水のために２％程度の傾斜がつけられている）に沿って植生倍地が設けられ、その最上部に吸水・保水材１４を配設してあることである。

なお、この図に示す植生倍地は、防根シートを兼ねて人工芝を敷設してその上に用土を盛り、人工芝部で、用度を安定させ流出を防いだ植生倍地としている。このような植生培地は、軽量であり、屋上に負担をかけることがない。

前記吸水・保水材１４としてロックウールを用いることにより、潅水パイプ１３からの供給水をロックウールに吸水させ、ロックウールが飽和保水量に達したとき、ロックウールが潅水パイプ１３の出口を塞ぐ栓となり、潅水パイプ１３からの水の供給を停止させる。

図２は、本発明の水位調節装置内臓植木鉢と潅水パイプで接続された保水材の断面を示す動作説明図である。次に図２を参照して、さらに本発明の詳細な潅水動作を説明する。

水位調節装置内臓植木鉢１０は、用土を詰めて植物を植える鉢部分１０ｂの下部に、水受け器１０ａを備えており、鉢底１０ｃの一部が水受け器１０ａの底方向に突出して毛管現象で用土に潅水を供給できる形状に形成されている。

図に示すように、屋上床面又は屋根２０は、排水口方向に勾配がつけられており、水位調節装置内臓植木鉢１０は、水位調整が正しく働くよう水平に載置できる水平載置板２０ａを設けている。図において、Ｌは水平線を示し、Ｋは屋上の勾配を示す。

水受け器１０ａ内には、貯水タンク１１に給水パイプで接続された水位調節装置３０が配設されて、潅水開始水位Ｗ３まで水受け器１０ａ内の水位が下がると、水位調節装置３０内の注水弁を開き、貯水タンク１１から給水する。

図３に示す水位調節装置３０の動作は、潅水開始水位Ｗ３になると、第２の浮き３２が注水開始の傾き線のように傾き、注水弁３２ａを開けて注水させ、最高潅水水位Ｗ２に達したとき、注水弁３２ａを閉じる。ここで本発明では、水受け器１０ａの最高潅水水位Ｗ２に合わせた位置に潅水パイプ１３が挿通接続されているため、注水された潅水は、潅水パイプ１３を介して水受け器１０ａの外に流れ出し、潅水パイプ１３の先端が挿入された吸水・保水材１４に供給される。

ロックウールの吸水・保水材１４が飽和保水量に達したとき、ロックウールが潅水パイプ１３の出口を塞ぐ栓となり、潅水パイプ１３からの水の供給を停止させ、水受け器１０ａの外への流れ出しがなくなり、水受け器１０ａの水位が最高潅水水位Ｗ２に達して注水弁３２ａが閉じられる。

このとき第２の浮き３２は水位により浮き上がり注水弁を閉じた状態となり、潅水された植物が給水を吸い上げ消費するに伴い水位が低下したとき、第１の浮き３１が下がり、空気孔３３ａが塞がれた真空ケース３３内は、減圧状態となり第２の浮き３２が水位と共に下がることを抑止する。水位が、真空ケース３３に設けられた通気溝３３ｂの高さ（潅水開始水位Ｗ３）以下に低下したとき、通気溝３３ｂから流入する空気により真空ケース内の減圧状態が解かれ、第２の浮き３２が注水開始の傾き位置まで傾き注水が開始される。

吸水・保水材１４が湿潤して潅水パイプ１３を塞ぐ湿潤飽和水位まで達するまで、潅水パイプ１３からの給水は、屋上の傾斜に沿って、植生培地を潅水する。また、吸水・保水材１４に保水された潅水は、時間をかけて流下する。

図４は、本発明の別の実施の形態の水位調節装置を示し、（ａ）は電気式水位調節装置の構成を示す模式図、（ｂ）は潅水制御の論理回路を示す図、（ｃ）は水位センサーの出力と潅水制御出力の説明図である。

図４（ａ）に示す電気式水位調節装置４０は、水受け器内の水に触れることにより電気信号を発する二つのセンサー４１、４２を、最高潅水水位Ｗ２の高さと、潅水開始水位Ｗ３の高さ位置とに設け、センサー４１、４２の出力信号から、電磁注水弁４０ａを開閉する信号を出力する制御回路又は制御ソフトウェアを備えた潅水制御装置４０ｂにより電磁的に注水弁を開閉するものである。

図４（ｂ）は、潅水制御装置４０ｂの潅水制御の論理回路を示す。濡れのセンサー４１，４２は、水に濡れると「１」、乾いていると「０」の出力となる。この出力を入力とするフリップフロップ回路により電磁注水弁の開閉信号を出力する。すなわち、潅水開始水位センサー４２の出力が「０」になると電磁給水弁への出力信号が「１」となり、最高潅水水位センサーが「１」となると電磁給水弁への出力信号が「０」となる回路を構成する。

図４（ｃ）は水位センサーの出力と潅水制御出力の説明図で、矢印に示す時間の経過で、水位ＷがＷ２からＷ３に変化する際のセンサー４１、４２の出力と、潅水制御装置４０ｂから電磁注水弁４０ａに出力される開閉信号を示している。尚、この実施の形態では、落差或いは圧力がかかっている給水パイプを電磁的に動作する弁で制御する形態を示したが、ポンプを働かせて注水するなど、他のコントロール手段を用いることも任意に行なえる。

次に、潅水制御装置４０ｂをマイクロコンピュータとして、潅水制御をソフトウェアで行う場合について、図５に流れ図を示して説明する。

潅水制御スタート（Ｓ１）により、先ず、潅水開始水位センサー４２の出力信号を検出する（Ｓ２）。潅水開始水位センサー４２の出力信号を判定する（Ｓ３）。出力信号が「０」でなければ、Ｓ２を繰り返す。

潅水開始水位センサー４２の出力信号が「０」となったとき、電磁注水弁４０ａを開ける信号を出力し、給水を開始させる（Ｓ４）。

潅水開始水位センサー４２の出力信号検出を遮断する（Ｓ５）。次に、最高潅水水位センサー４１の出力信号を検出する（Ｓ６）。

最高潅水水位センサー４１の出力信号を判定する（Ｓ７）。出力信号が「１」でなければ、Ｓ６を繰り返す。

最高潅水水位センサー４１の出力信号が「１」なったとき、電磁注水弁４０ａを閉じる信号を出力し、給水を停止させる。（Ｓ８）

潅水開始水位センサー４２の出力信号検出遮断を解除する（Ｓ９）。Ｓ２ステップへ戻り、制御動作を繰り返す。

以上、本発明の屋上緑化潅水システムの実施の形態を説明したが、本発明は、駅のコンコース等の公共の屋外広場・歩道や、公園、建物のベランダ、建物の傾斜の有る屋根など、実施の形態で示した屋上以外の場所、あるいは、室内、ビニールハウスなどの温室内であっても、同様な構成により実施できることは言うまでもない。

また、落差により給水可能な貯水タンクに替えて、水道管を直接接続することも可能であり、また、貯水タンクへの給水として屋上雨水を集水する仕組みと組み合わせることもできる。

本発明の潅水システムの構成を示す模式図である。 本発明の水位調節装置内臓植木鉢と潅水パイプで接続された保水材の断面を示す動作説明図である。 本発明の水位調節装置の構造を示す断面図である。 本発明の別の実施の形態の水位調節装置を示し、（ａ）は電気式水位調節装置の構成を示す模式図、（ｂ）は潅水制御の論理回路を示す図、（ｃ）は水位センサーの出力と潅水制御出力の説明図である。 本発明の潅水制御のソフトウェアの流れ図である。

符号の説明

９ 潅水ガイド植物
１０ 水位調節装置内臓植木鉢
１０ａ 水受け器
１０ｂ 鉢部
１０ｃ 鉢底
１１ 貯水タンク
１２ 給水パイプ
１３ 潅水パイプ
１４ 吸水・保水材（ロックウール）
１５ 人工芝（防根シート）
１６ 植生培地（用土）
２０ 屋上床面（又は屋根）
２０ａ 水平載置台
３０ 水位調節装置
３１ 第１の浮き
３１ａ 空気孔密閉栓
３２ 第２の浮き
３２ａ 注水弁
３３ 真空ケース
３３ａ 空気孔
３３ｂ 通気溝
４０ 電気式水位調節装置
４０ａ 電磁注水弁
４０ｂ 潅水制御装置
４１ 最高潅水水位センサー
４２ 潅水開始水位センサー
１００ 潅水システム
Ｗ２ 最高潅水水位
Ｗ３ 潅水開始水位
Ｌ 水平線
Ｋ 勾配

Claims (4)

1. 植生用の培地に自動的に潅水するシステムであって、植生培地より上方に設けられ落差により給水可能な貯水タンクと、該貯水タンクと給水パイプで接続された水位調節装置を内蔵した植木鉢と、該植木鉢の水受け器部分の最高潅水水位に合わせた位置に挿通接続された潅水パイプと、潅水パイプの先端が挿入された吸水・保水材と、該吸水・保水材の下部から流下する潅水を受けて植物を育成させる植生培地とから構成され、
   前記水位調節装置は、予め定める最高潅水水位を検知するセンサーと、潅水が植栽した植物に消費されたとき、水位の低下から潅水開始を検知するセンサーと、潅水開始水位を検知したとき注水弁を開け前記貯水タンクから給水し、最高潅水水位を検知したとき注水弁を閉じる機構を備え、前記最高潅水水位の位置に挿通された潅水パイプを介して前記吸水・保水材が飽和保水量に達するまで貯水タンクの水を吸水・保水材に供給し、
   貯水タンクと給水パイプで接続された該水位調節装置を内蔵した前記植木鉢には、水受け器部と吸水材で連結した培養土に潅水ガイド植物を植栽し、前記潅水ガイド植物が、前記最高潅水水位まで潅水された前記水受け器部分の水を吸い上げて潅水開始水位に達するまで消費したとき給水を開始する間欠潅水を行い、該潅水ガイド植物の潅水周期に同期させて植生培地に植栽された植物に潅水することを可能にしたことを特徴とする潅水システム。
2. 前記水位調節装置は、真空ケース内に設けた第１の浮きと、真空ケースの空気孔を開閉する第２の浮きと、第１の浮きに連結された注水弁とから構成した重力弁構造であることを特徴とする請求項１記載の潅水システム。
3. 前記水位調節装置は、水受け器内の水に触れることにより電気信号を発する二つのセンサーを、最高潅水水位と、潅水開始水位とに設け、センサーの出力信号から、注水弁を開閉する信号を出力する制御回路又は制御ソフトウェアを備え、電磁的に注水弁を開閉することを特徴とする請求項１記載の潅水システム。
4. 前記吸水・保水材は、ロックウールを含む少なくとも吸水／保水作用を有する資材を用い、前記屋上植生培地は、人工芝を含む防根シート兼ねる少なくとも用土保持作用を有する資材を用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の潅水システム。
   

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