JP2010220486A - 植物栽培装置用局部断熱用囲い - Google Patents

Abstract

【課題】植物の育成において、植物の成長に必要な部分を冷却し、加温する温度管理のエネルギーを減量する。
【解決手段】作業台の上部あるいは作業台の下部の部分あるいは栽培床の上の部分を、側面及び上面の両方あるいはいずれか一方を開閉可能なプラスチックフィルムで囲い、該断熱囲いの内部に冷却装置、加温装置を設置することにより、植物栽培に適した温度管理、湿度管理を少ないエネルギーで実施することを可能とし、栽培費用を低減し、かつ、植物の品質を向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、花や樹木や野菜などの植物を育成する装置に関するものであり、さらに詳しくは、植物が成長するのに適切な温度および湿度の管理が可能な断熱用フィルム囲いに関するものであり、少ないエネルギーで温度管理を可能とする断熱用フィルム囲いに関するものである。

花卉や野菜を人工的に栽培する場合には、各々の植物に適した太陽光、水、空気、炭酸ガスおよび肥料などを施し、温度や湿度を適切に管理する。特に、温度の管理は、栽培用ハウスで、外気との熱遮断をするだけでなく、夏季は、クーラーで冷房し、冬季は温風や温水を循環することによって暖房をすることが行われている。

ハウスの熱効率を高めたり、採光の調節をするために、ハウスの天井に開閉が可能なフィルムを取り付けたりすることが行なわれている。特許公開２００１−２３１３７５には、農業用ハウスの天井頂部内側に、合成樹脂製素材を用いて形成された織布又は不織布からなる農業用カーテン資材を非使用時に収納保持してなる農業用ハウスにおいて、ハウス栽培用資材と農業用カーテン資材との間に、透過率が適切に調整される透明材を介在させ、該透明材により紫外線量と直達光量が調整された太陽光が農業用カーテン資材へ照射されるようにすることが提供されている。天井の開閉可能なフィルムによって、ハウスの冷却あるいは加温の容積は小さくなり、熱効率の改善にはわずかに改善されるものの、積極的に温度調節効率を改善することが意図されているものではない。特許公開平７−１３５８６０には、間隔をあけて床土に設置された複数のアーチパイプの上に樹脂製カバーシートを被せて形成される植物栽培用トンネルハウスに用いるハウス栽培用被覆材自動開閉装置において、シートの開閉が簡易に行なえる装置が提案されているが、ハウス内の冷却あるいは加温容積を減少して、冷却あるいは加温のエネルギー効率を改善することを示唆するものではない。

特許公開２００１−２３１３７５ 特許公開平７−１３５８６０

植物の栽培では、植物に適した温度に管理することが、植物を健全に成長させるためには必要である。植物の栽培は、季節性がなくなり、どの季節にも出荷できるように生産されている。そのために、夏季には、冷却したり、涼しい場所に植物を移動して栽培することもあり、冬季には、加温して栽培することもある。そのために、夏季の冷却はなるべく省略できるように、暑さに弱い植物は、涼しい地域で栽培されることが多いが、胡蝶蘭のように、自然の冷却では対応できない植物は空調機によってハウス内を冷却することがある。冬季には、温風送風機で発生した温気をダクトでハウス内に送風して加温したり、スチーム放熱機、ヒートポンプや地熱で加温したり、温湯を循環して加温することもある。冷却も加温も、ハウス全体を冷却、あるいは、加温するには、大きなエネルギーが必要であり、植物の栽培のためにはその必要はない。本発明は、植物に育成に必要な部分のみを冷暖房し、植物栽培の温度管理エネルギーを減少し、植物栽培費用を減少しようとするものである。

本発明は、花卉や野菜の栽培において、ハウスの中の植物栽培に必要な空間を、開閉が可能なプラスチックフィルムによって囲い、その中に、冷却装置と加温装置の両方または片方を設置し、冷房または加温の容積を減少し、植物栽培に要する熱エネルギーを減少しようとするものである。植物栽培に必要な空間とは、植物を栽培する作業台あるいは地床の面積と、植物の成長した背丈の高さとの空間で、植物の成長との手入れをする作業に必要な空間である。作業台の上で栽培する植物については、作業台とその上部のみを囲うこともできるが、冷却、加温装置を設置するために作業台の下の部分を含む空間を囲うことも可能である。冷却装置による冷却とは、空調機やヒートポンプで冷却した冷気をダクトで挿入する方法や、土壌に通気し、蒸発熱で冷却する方法などがあるがこれらの方法に限定されるものではない。加温装置による方法とは、加温送風機で暖めた空気をダクトで挿入する方法や、スチーム放熱機を囲いの中に設置する方法、鉢の周囲に温水や、ヒートポンプや地熱のよる温気を循環して加温する方法などがあるが、これらの方法に限定するものではない。狭い空間で、温度管理を行なうと熱効率は改善されるが、植物によっては、湿度が高くなったり、温度変動が大きくなったりすることによって、成長に悪い影響を与えることがある。また、囲いのために採光が悪くなったり、日常の手入れ作業がやりにくくなったりする問題が発生することがある。この問題を解決するために、該囲いの側面あるいは、上部（天井）の部分のフィルムが開閉可能とした。夜間に加温装置で囲いの中を加温し、昼間は、湿度が高くなった囲いの中の空気を換気したり、採光のために上部フィルムを開放することが有益である。また、植物の手入れ作業のためには、側面のフィルムを開けることが有益である。植物の栽培には、温度管理とともに湿度管理が重要である。狭い空間で、加温すると潅水の余浄水が蒸発して、湿度が高くなりかちである。温度管理と併せて湿度管理を適切に行なうことが重要であり、該断熱囲いの中に温度センサーと併せて湿度センサーを設置し、湿度の状態に合わせて、囲いを開閉し、湿度管理を適切に行なえる装置とした。

本発明によれば、植物を健全に栽培するために、冷却、加温する空間を、栽培作業台の上部あるいは栽培床の上部で、植物が成長する高さを確保し、植物の手入れ作業が円滑に行なえられる空間とし、プラスチックフィルムによって断熱囲いを設けた。この空間の容積は、ハウス全体の容積に比較して１０％から３０％に相当している。該断熱囲いの内部に冷却この部分の温度管理を行なうことにより、冷却、加温エネルギーは、５０％から６０％分が減少することが判明した。また、土壌などの植物栽培媒体に通気することによって、栽培媒体を直接冷却する方法によって、さらに、冷却エネルギーは減少し、従来のハウスによる温度管理の方法に比較して、７０％から９０％が減少することが判明した。本発明によって、断熱囲いの上面あるいは側面を開閉可能な構造にすることによって、日常行なう植物の手入れに支障することなく、また、断熱囲いの中の湿度の管理を可能にすることによって、植物の成長を阻害する問題も解決した。本発明によって、低エネルギーで、植物を健全に成長させることが可能となり、農業に貢献するところは大きい。

局部断熱囲いの構造図の鳥瞰図

図１において、作業台１の上の栽培で、作業台に支柱２を組み立てて、その全体を覆うように、プラスチックフィルム３で囲い断熱囲いとする。作業台の下部も覆うことができる。断熱囲いは、栽培床面積と、植物の種類によって高さを決める。作業台の上で栽培するシクラメン、シンピジュームや胡蝶蘭や観葉植物などの花卉の場合、該植物の成長した高さや手入れ作業に必要な高さを確保するのがよい。例えば、シクラメンの場合は、５０ｃｍの高さがあれば十分であり、シンピジュームや胡蝶蘭の場合は、１００ｃｍの高さが適切である。野菜の苗栽培には、２０ｃｍくらいの高さで十分であるが、他の植物との互換性から５０ｃｍとした。地耕栽培の野菜例えばトマトやキュウリの場合には、１５０ｃｍ程度の高さが適切であり、イチゴやほうれん草やキャベツの場合には５０ｃｍ程度が適切である。ハウスの中にあるので、風や雨の影響を受けることがなく、軽量で、安価な支柱に、４０〜７５ミクロン程度の厚さのポリエチレンなどのフィルムを使用した。ポリエチレンフィルムは、作業のための取扱いがし易いように、側面および上面のフィルムを開閉が可能であるようにした。動力を使用した自動開閉にすることも可能であるが、手動の開閉で行なうことも可能である。

作業台で植物を栽培する場合、冷却装置と加温装置は、断熱囲いの中に設置することにより、直接植物に温度を適切に。低エネルギーで調節することが可能となる。冷却装置および加温装置は、断熱囲い上部内面にダクトを通して行なうことができるが、作業台の下部にダクトを設置することができる。温気は上面へ、冷気は下部へ移動するが、囲いの内部は容積が小さく、作業台の下部に設置することで熱効率的には大差はなく、むしろ、冷気、温気が植物に直接当たらないので好ましい。地耕栽培の場合には、地面の上の植物の茎から離れた部分に設置することが好ましい。

鉢で花卉を栽培する場合、複数個の鉢を作業台の上で栽培することがある。鉢を、気密を保って挿入できる容器に挿入し、該容器の底部に通気のためのホースを挿入する。エアポンプまたはハウスに備え付けの温風発生器で加熱しないで送風し、鉢に通気することが可能である。通気のための容器は、複数個の鉢を収納できるように、プラスチックで一体成形をしたものを使用することができる。植物に適切な温度範囲になるように、鉢に通気することによって冷却することができる。例えば、シクラメンの栽培の場合には、ハウス内の温度が４５℃の場合に、通気量を３リットル／分とすることによって、２３℃に冷却できる。シクラメンは、２５℃以上で、冬眠状態になり、成長は停止するが、２３℃以下になると、夏季にも成長を続け、従来の方法に比較して成長はよく、短期間で品質の優れたシクラメンを栽培することができる。胡蝶蘭の栽培の場合には、断熱囲いの中の温度を３０℃にすると、鉢に通気することによって鉢の温度を１８℃以下に冷却することが可能である。胡蝶蘭の花芽分化温度は１２℃〜１８℃であり、従来はハウス全体をこの温度に管理していたが、狭い断熱囲いの中を３０℃に調整することによって、電力の少ない通気によってこの温度に冷却できる。ハウス全体を直接冷却するのに比較して、空調費用は８０％程度低減することが可能である。地耕栽培の場合、土壌中の深さ１０〜３０ｃｍの位置に、例えば直径５ｃｍ、長さ２０ｃｍの多孔質セラミックパイプを埋設し、温風発生器で加温しない空気を５リットル／分の量を送風することによって、地表１ｃｍから５ｃｍの部分で、周囲温度に対して５℃の冷却効果が得られた。

断熱囲いの中の加温は、温風発生機、空調機による温風をダクトで循環する方法、ヒートポンプ、地熱利用による加温、鉢や土壌中に温風を循環して加温する方法などがあるが、既にハウスに取り付けられている温風発生機を囲われた作業台の下あるいは囲う中央上部に設置することが簡単で、効率的である。地耕栽培の場合も、地上に設置したダクトにより温風を送風したり、水分が過分にならない程度に加温した湯を多孔質セラミックパイプの中に循環することによって土壌を直接的に加温することができる。ハウス全体を加温するのに比較して、熱エネルギーは４０％から７０％の減少効果が確認できた。

このように、植物の周囲の狭い空間を囲うと、囲いの中の空気が過湿状態になり、植物によっては、成長に悪い影響を与えることがある。そのために、囲いの上面あるいは側面を開閉可能とし、湿度のコントロールをすることが好ましい。温度センサーとともに、湿度センサーを設置し、所定の湿度範囲を越えた場合に、自動的にプラスチックフィルムが開く、あるいは、警報機で知らせる機能を設けることが有益である。

Ｃ鋼を配置した作業台で、幅１８０ｃｍ、長さ２０メートル、高さ７０ｃｍで、Ｃ鋼（給水樋）が８本並べられた作業台において、外側のＣ鋼の外側に幅３ｃｍ、厚さ２ｍｍ、長さ２０メートルの鋼板を設置し、両面の該鋼板に高さ５０ｃｍにＲ２０ｃｍに曲げた幅４ｃｍ、厚さ２ｍｍの平板を１メートル間隔にネジ留めし、該鋼板の中央の下部に同じ形状の鋼板をネジ留めして支柱とした。２０メートルの鋼板は、３．６メートルのものを幅４ｃｍ、厚さ２ｍｍ、長さ２０ｃｍ補助鋼板をネジで、つなぎ合わせて２０メートルとした。該支柱に、幅１４０ｃｍ長さ２２メートル、厚さ７５ミクロンのポリエチレンフィルムを支柱に、半分ずつ重なるように配置し、上面、側面および、両方の端部を、フィルムを折り曲げて閉じた。フィルムの支柱への固定は、プラスチッククリップで行なった。作業台の下は、開閉の必要がないため、２重構造からなる気泡を含むポリエチレンフォームを設置した。

Ｃ鋼は、鉢栽培の底面給水に使用される。Ｃ鋼には水を入れて給水するために、両端は水が漏れないように閉じてある。通常の栽培では、プラスチック製４号鉢あるいは５号鉢を固定し、鉢の底面に取り付けた吸水紐を、水を通したＣ鋼内に垂らし、底面給水を行なう。Ｃ鋼全体を覆う片面２０ｃｍの厚さ５０ミクロンのポリエチレンチューブに、１５ｃｍ間隔に、２２ｃｍの開口部を設けた。開口部にプラスチック製５号鉢（通気容器）を挿入し、端部を輪ゴムで固定した。該鉢は、栽培用の鉢の吸水紐はＣ鋼の水の部分に通しやすいように穴を開けた。該通気容器をＣ鋼に固定した。プラスチック製５号鉢出荷用鉢を気密に保持し、該通気容器に挿入した。２０メートルのＣ鋼に、１５ｃｍ間隔に６０個の通気容器を取り付け、各々の通気容器に出荷用５号鉢を挿入した。ポリエチレンチューブの一端は閉じ、他端に、通気用ホースと給水用ホースを取り付けた。

１１月に播種し、発芽したシクラメンを３月に、プラスチック３号に鉢上げし、６月に５号鉢に鉢替えを行なった。播種は播種用トレーに、１セルに１個の種を播き、Ｃ鋼を配置した作業台の上に、金網を敷き、その上に、不織布を敷き、Ｃ鋼から吸水ができるように、吸水紐を設置して、トレーあるいはプラスチック鉢に給水ができるようにした。発芽直後の苗が小さい時期には、上面潅水を行なうことがある。１１月から２月にかけて、ハウス内温度は、暖房をしないと１０℃以下で０℃近くになることがある。そのために、温風発生器で暖房をして、鉢の土温が１５℃以上になるように管理を行なう。作業台の上部および下部をポリエチレンフィルム断熱囲いで覆って栽培して、断熱囲いの内部のみを加温したものを本発明の試験体１とした。本発明の試験体は、６月に５号鉢に鉢替えした後は、ポリエチレンフルムを開き、前記の通気容器に設置した。昼間２５℃を越える期間は、先述のポリエチレンチューブに温風発生器によって通気した。通気圧力を２０ｍｍＨ_２Ｏとなるように調整することによって、２０℃以下に冷却することが可能であった。給水、施肥をしながら、１１月まで加温、冷却を繰り返しながら１０℃から２０℃特に開花時期には１５℃から１８℃に温度管理をしながら栽培を行なった。同様に、１月に播種し、同じように栽培したものを試験体２とした。一方、断熱囲いを設けないで、ハウス全体を加温し、夏季は、冷房をしないで、外気の取り入れのみで栽培したものを比較試験体とした。

試験体１及び２は、栽培の全期間を通して適切な温度管理がされているので、適切な給水管理、採光管理、施肥管理を行なうことによって、シクラメンは健全に成長した。１０月時点で試験体１は、葉数３４枚、花数２８個であった。本発明の試験体２は葉数２８枚で、花数２３個であった。比較試験体は、葉数２２枚で、蕾が出始めたところであった。比較試験体は、１１月に葉数は２１枚で、花数は１８個になった。このように、温度管理を適切に行なった本発明の試験体は、比較試験体に比較して明らかな成長の差異が認められた。また、１月に播種したものも、１１月時点では、比較試験体に劣らない成長の結果であり、栽培の期間短縮の効果が認められる。また、本発明の試験体は、天候に関係なく温度調整が可能であるので、計画栽培が可能である。それに対して、比較試験体は、例えば夏季の休眠状態（２３℃以上）が長引く年度においては、年末までの出荷が危ぶまれることもある。断熱囲いを設けた場合の冬季、春季、秋季の暖房費の節減は約５０％に至った。夏季の通気による冷却費は、送風だけであるので、大きな費用にはならずに、全体を合わせても４０％以上の冷暖房経費節減となった。

幅１８０ｃｍ、長さ５メートル、高さ７０ｃｍの金網を配置した作業台で、作業台の外側に、幅、厚さ３０ｃｍ、長さ５メートル角鋼材に１メートル間隔に、内径１０ｍｍの穴を開け、高さ１メートルで、Ｒ２０ｃｍに曲げた直径１０ｍｍの、肉厚２ｍｍのアルミニュームパイプを挿入し、該アルミニュームパイプの中央下部分に、同じ直径１０ｍｍのアルミニュームパイプを直角に配置して補強し、支柱とした。幅４メートル、長さ７メートル、厚さ７０ミクロンのポリエチレンフィルムをこの支柱に張り、アルミニュームパイプにプラスチッククリップで固定した。作業台の下部は、実施冷１と同じに、２重構造からなる気泡を含むポリエチレンフォームを設置して、断熱囲いとした。

直径１０ｃｍのプラスチック鉢に水苔を栽培媒体として、葉が６枚までに成長した胡蝶蘭を試験体とした。本発明の試験体は、鉢を気密に挿入できる容器の底部に直径１ｃｍのゴムホースを挿入し、鉢の底部の穴から通気できる構成として、断熱囲いの中で栽培した。一方比較の試験体１は、同じ容器に挿入したものの通気は行なわないで、同じ断熱囲いの中で栽培した。比較試験体２は、比較試験１と同じ構成で、部屋の温度を空調により１８℃以下に調整できる部屋に設置した。４月に試験を開始し、外気温は、２０℃越すことがあり、６月以降には３０℃以上になることもたびたびあり、冷房をしないハウス温度は４０度を越えることもあった。本発明の試験体は、ハウス内の冷却は行なわないで、断熱囲いの中の温度を既設の空調機で、ダクトで冷風を通して３０℃になるように設定した。さらに、鉢に通気圧２０ｍｍＨ_２Oで通気した。鉢内温度は１８℃以下に冷却することが可能であることを確認した。通気圧力を調整することによって、鉢内温度を調整したが、断熱囲いの温度を調整したり、通気時間を調整することによってポット内温度を調整することができる。比較試験体１は、断熱囲いの中で栽培しているので、鉢内温度は、２５℃以上（水苔に水分を含むので、周囲温度より、水苔温度は低下する）にしかできなかった。試験体２は、ハウス全体を空調機で、１８℃以下に管理した。

その結果、本発明の試験体と比較試験体２は、７月に芽茎が成長し始め、８月に蕾および花を付けた。これに対して、比較の試験体１は９月になっても、芽茎は発生しなかった。本発明の試験体は、断熱囲いの容積が、ハウス全体の２０％に相当し、その部分を３０℃に温度設定して電力使用量少ない通気のみで冷却することができ、ハウス全体を１８℃以下に調整した比較試験体２の電力使用量に比較して１０％程度の電力で、温度調節が可能となり、生産費削減に大きな貢献を可能とした。

１ 作業台
２ 支柱
３ プラスチックフィルム

Claims (3)

1. 植物を栽培するハウス施設栽培装置において、作業台あるいは地床の上部を植物の栽培作業に必要な高さにプラスチックフィルムで囲い、囲いの上面および側面の両方または一方を開閉が可能とし、囲いの中に、冷却装置と加温装置の両方または片方を設置したことを特徴とする断熱用フィルム囲い。
2. 鉢を通気によって冷却する局部冷却装置と鉢の周りを加温する局部加温装置の両方または片方を設置した請求項１の断熱用フィルム囲い。
3. 囲いに中に、湿度センサーを設置し、該センサーの値が所定の設定値を外れた場合に、囲いが自動的に開放するか、警報を発する装置を組み合わせた請求項１の断熱用フィルム囲い。