JP2010220560A - Plant cultivation greenhouse, and thermal storage method in the greenhouse - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、植物栽培用温室及び該温室における蓄熱方法に関するものである。 The present invention relates to a greenhouse for plant cultivation and a heat storage method in the greenhouse.
従来、ヒートポンプを利用した植物栽培用温室が知られている(下記特許文献1参照)。しかしながら、ヒートポンプは、夜間の室内温度を上昇させるための暖房機として利用されているに過ぎない。
Conventionally, a greenhouse for plant cultivation using a heat pump is known (see
一方、太陽光によって温められた室内の空気を熱交換器へ導いて、該熱交換器によって熱を取り出し、水などの蓄熱媒体に蓄熱する温室が知られている。この温室は、蓄熱媒体から放出される熱によって夜間の室内温度の低下を防止しようとするものである。しかしながら、このような温室で十分な蓄熱量を得るためには、熱交換性能を向上させるために高温の空気が必要になるところ、室内の高温化は、外気温との温度差を増大させることになるので、室外への放熱量が増大することになり、集熱に関して非効率的である。また、室内の高温化は、栽培植物に悪影響を及ぼすことになるので、室内の温度を過剰に高めることもできない。したがって、従来の温室では、夜間の室内暖房に足りる程の十分な蓄熱量が得られなかった。 On the other hand, there is known a greenhouse in which indoor air heated by sunlight is guided to a heat exchanger, heat is extracted by the heat exchanger, and heat is stored in a heat storage medium such as water. This greenhouse is intended to prevent the nighttime indoor temperature from being lowered by the heat released from the heat storage medium. However, in order to obtain a sufficient amount of heat storage in such a greenhouse, high-temperature air is required to improve the heat exchange performance. However, increasing the temperature in the room increases the temperature difference from the outside temperature. Therefore, the amount of heat released to the outside increases, which is inefficient with respect to heat collection. Moreover, since indoor high temperature will have a bad influence on a cultivation plant, indoor temperature cannot also be raised excessively. Therefore, the conventional greenhouse cannot obtain a sufficient amount of heat storage enough for room heating at night.
本発明が解決しようとする課題は、集熱効率を向上させ、十分な蓄熱量を得ることが可能な温室及び蓄熱方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a greenhouse and a heat storage method capable of improving heat collection efficiency and obtaining a sufficient amount of heat storage.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の植物栽培用温室及び該温室における蓄熱方法を提供する。
1.植物栽培用温室であって、前記温室の内部空間を上部室と下部室に隔てる光透過性仕切り手段と、前記上部室に設けられる排気口と、前記上部室に設けられる吸気口と、該吸気口から吸引される気体から前記排気口から排出される冷気を生成するとともに、熱を取り出すヒートポンプと、該ヒートポンプによって取り出された熱を蓄えるための蓄熱媒体とを備えることを特徴とする温室。
2.前記排気口が屋根材に沿った冷気の流れを形成するように設けられていることを特徴とする前記1に記載の温室。
3.前記仕切り手段が開閉可能であることを特徴とする前記1又は2に記載の温室。
4.植物栽培用温室における蓄熱方法であって、前記温室の内部空間を光透過性仕切り手段によって上部室と下部室に隔てた後、ヒートポンプを作動させ、前記上部室の気体を前記上部室に設けられた吸気口を介して前記ヒートポンプ内に吸引し、前記ヒートポンプによって該気体から冷気を生成し、該冷気を前記上部室に設けられた排気口を介して前記上部室に排出するとともに、前記ヒートポンプによって前記気体から熱を取り出し、該熱を蓄熱媒体に蓄えることを特徴とする方法。
5.前記ヒートポンプによって生成された冷気を、屋根材に沿った冷気の流れを形成するように排出することを特徴とする前記4に記載の方法。
6.前記下部室の温度上昇に応じて前記仕切り手段を開動作させることを特徴とする前記4又は5に記載の方法。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides the following greenhouse for plant cultivation and a heat storage method in the greenhouse.
1. A greenhouse for plant cultivation, a light-transmitting partition means that divides the internal space of the greenhouse into an upper chamber and a lower chamber, an exhaust port provided in the upper chamber, an intake port provided in the upper chamber, and the intake air A greenhouse comprising: a heat pump that generates cold air discharged from the exhaust port from a gas sucked from the port, and that extracts heat; and a heat storage medium that stores heat extracted by the heat pump.
2. 2. The greenhouse according to 1 above, wherein the exhaust port is provided so as to form a flow of cold air along the roofing material.
3. 3. The greenhouse according to 1 or 2, wherein the partition means can be opened and closed.
4). A method for storing heat in a greenhouse for plant cultivation, wherein an internal space of the greenhouse is separated into an upper chamber and a lower chamber by a light-transmitting partition means, a heat pump is operated, and the gas in the upper chamber is provided in the upper chamber. The air is sucked into the heat pump through the intake port, cold air is generated from the gas by the heat pump, the cold air is discharged to the upper chamber through the exhaust port provided in the upper chamber, and the heat pump Extracting heat from the gas and storing the heat in a heat storage medium.
5). 5. The method according to 4 above, wherein the cool air generated by the heat pump is discharged so as to form a cool air flow along the roofing material.
6). 6. The method according to 4 or 5, wherein the partitioning means is opened in response to a temperature rise in the lower chamber.
前記1に記載の本発明は、温室の内部空間を上部室と下部室に隔てる仕切り手段が光透過性を有するため、栽培植物に必要な太陽光を下部室にも十分に採り入れることが可能になる。下部室の空気は、下部室に存する栽培植物、栽培床及び栽培用器具などに太陽光が照射されることによって発生する熱によって温められて上昇し、仕切り手段を加温する。上部室の空気は、仕切り手段から放出される熱によって温められる。本発明は、上部室に設けられる排気口と、上部室に設けられる吸気口と、該吸気口から吸引される気体から排気口から排出される冷気を生成するとともに、熱を取り出すヒートポンプとを備えるため、ヒートポンプを作動させることによって、上部室の気体を吸気口を介してヒートポンプ内に吸引し、該ヒートポンプによって該気体から冷気を生成し、該冷気を排気口を介して上部室に排出することが可能になる。また、仕切り手段によって下部室への冷気の流出を防止することが可能なため、上部室の空気を効果的に冷却することが可能になる。それによって、上部室の空気と外気との温度差を小さくすることができるので、室外への放熱量が減少することになる。また、本発明では、ヒートポンプは、そのような状態において吸気口から吸引される気体から熱を取り出すので、集熱に関して非常に効率的である。また、本発明は、ヒートポンプによって取り出された熱を蓄えるための蓄熱媒体を備えるため、該蓄熱媒体に十分な量の熱を蓄えることが可能になる。
前記2に記載の本発明は、排気口が屋根材に沿った冷気の流れを形成するように設けられているため、屋根材の内側と外側の温度差を効率良く小さくすることができる。したがって、屋根材を介して室外に放出される熱の量を有効に減少させることが可能になる。
前記3に記載の本発明は、仕切り手段が開閉可能であるため、下部室の温度が過剰に高くなったときに仕切り手段を開動作させることによって、排気口から排出される冷気を下部室に流出させ、下部室の温度を下げることが可能になる。それによって、下部室の温度を制御することが可能になる。
前記4に記載の本発明によれば、前記1に記載の発明と同様に、集熱効率を向上させ、十分な蓄熱量を得ることが可能になる。
前記5に記載の本発明によれば、前記2に記載の発明と同様に、屋根材の内側と外側の温度差を効率良く小さくして、屋根材を介して室外に放出される熱の量を有効に減少させることが可能になる。
前記6に記載の本発明によれば、前記3に記載の発明と同様に、排気口から排出される冷気を下部室に流出させ、下部室の温度を下げることが可能になり、それによって、下部室の温度を制御することが可能になる。
In the present invention described in 1 above, since the partition means for separating the internal space of the greenhouse into the upper chamber and the lower chamber has light permeability, it is possible to sufficiently incorporate sunlight necessary for the cultivated plant into the lower chamber. Become. The air in the lower chamber is heated and raised by the heat generated by irradiating sunlight to the cultivated plants, the cultivation floor, and the cultivation equipment existing in the lower chamber, and warms the partitioning means. The air in the upper chamber is warmed by the heat released from the partition means. The present invention includes an exhaust port provided in the upper chamber, an intake port provided in the upper chamber, and a heat pump that generates cool air discharged from the exhaust port from gas sucked from the intake port and extracts heat. Therefore, by operating the heat pump, the gas in the upper chamber is sucked into the heat pump through the intake port, cold air is generated from the gas by the heat pump, and the cold air is discharged to the upper chamber through the exhaust port. Is possible. Moreover, since it is possible to prevent the cool air from flowing out to the lower chamber by the partitioning means, the air in the upper chamber can be effectively cooled. Thereby, since the temperature difference between the air in the upper chamber and the outside air can be reduced, the amount of heat released to the outside is reduced. Further, in the present invention, the heat pump extracts heat from the gas sucked from the intake port in such a state, and thus is very efficient with respect to heat collection. Moreover, since this invention is equipped with the heat storage medium for storing the heat taken out with the heat pump, it becomes possible to store sufficient quantity of heat in this heat storage medium.
In the present invention described in 2 above, since the exhaust port is provided so as to form a flow of cool air along the roof material, the temperature difference between the inside and the outside of the roof material can be efficiently reduced. Accordingly, it is possible to effectively reduce the amount of heat released to the outside through the roofing material.
According to the third aspect of the present invention, since the partition means can be opened and closed, when the temperature of the lower chamber becomes excessively high, by opening the partition means, the cool air discharged from the exhaust port is allowed to enter the lower chamber. The temperature of the lower chamber can be lowered by letting it flow out. Thereby, the temperature of the lower chamber can be controlled.
According to the present invention described in 4 above, similar to the invention described in 1 above, it is possible to improve the heat collection efficiency and obtain a sufficient amount of heat storage.
According to the present invention described in 5 above, similarly to the invention described in 2 above, the amount of heat released to the outside through the roof material by effectively reducing the temperature difference between the inside and outside of the roof material. Can be effectively reduced.
According to the present invention described in 6 above, similarly to the invention described in 3 above, it is possible to cause the cool air discharged from the exhaust port to flow out into the lower chamber and to lower the temperature of the lower chamber, thereby It becomes possible to control the temperature of the lower chamber.
以下、本発明の実施の形態を図面に示した実施例に従って説明するが、本発明の実施の形態はこれらの実施例によって限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the examples shown in the drawings. However, the embodiments of the present invention are not limited to these examples.
図1及び図2は、本発明の一実施例に係る温室の構造を示す概略図である。これらの図に示すように、本実施例に係る温室は、仕切り手段1、排気口2、吸気口3、ヒートポンプ4及び蓄熱媒体5を有して構成される。
1 and 2 are schematic views illustrating a greenhouse structure according to an embodiment of the present invention. As shown in these drawings, the greenhouse according to the present embodiment includes a
仕切り手段1は、温室の内部空間を上部室6aと下部室6bに隔てる役割を果たすものである。ここで、下部室6bは植物の栽培室として機能する場所である。仕切り手段1は、光透過性を有する。仕切り手段1としては、例えば、光透過性フィルムを用いることができる。仕切り手段1は、開閉可能であることが好ましい。本実施例では、温室の梁と同じ高さで掛け渡されたワイヤ7に仕切り手段1が取り付けてあり、仕切り手段1は、ワイヤ7に沿って開閉動作可能になっている(図3及び図4参照)。
The partition means 1 plays a role of separating the internal space of the greenhouse into the
排気口2は、上部室6aに設けられる。排気口2は、屋根材8に沿った冷気の流れを形成するように設けられることが好ましい。本実施例では、排気口2は、第1の配管9の上部室6aに延在する部分に多数形成されている(図1参照)。第1の配管9は、ヒートポンプ4に接続されており、ヒートポンプ4によって生成される冷気の移送手段として機能するものである(図1参照)。第1の配管9の上部室6aに延在する部分は、温室の棟(屋根の頂上部)の直下に、棟に沿って配置されており、多数の排気口2は、それぞれ棟に対向する位置に形成されている(図1参照)。排気口2が上記のように設けられることによって、排気口2から排出された冷気は、屋根材8に沿って流れることになる(図2〜図4参照)。ここで、屋根材8は、一般の温室と同様に、ガラス板やプラスチックフィルムなどの光透過性材料で構成されている。
The
吸気口3は、上部室6aに設けられる。本実施例では、吸気口3は、第2の配管10の上部室6aに延在する部分に多数形成されている(図1参照)。第2の配管10は、ヒートポンプ4に接続されており、吸気口3から吸引される気体の移送手段として機能するものである(図1参照)。第2の配管10の上部室6aに延在する部分は、第1の配管9の下に在って、第1の配管9の延びる方向と同じ方向に延びている(図1参照)。多数の吸気口3は、それぞれ第2の配管10の上部室6aに延在する部分の両側に形成されている(図2〜図4参照)。
The
ヒートポンプ4は、吸気口3から吸引される気体から排気口2から排出される冷気を生成する機能と、吸気口3から吸引される気体から熱を取り出す機能を兼ね備えたものである。本実施例では、電動ヒートポンプが用いられている。このヒートポンプ4は、上部室6aから吸気口3を介して気体を吸引し、蒸発器によって冷媒と熱交換し、次いで、圧縮機で冷媒を圧縮して温度を上昇させ、次いで、凝縮器で熱を取り出し(すなわち、蓄熱媒体5を加熱する)、次いで、膨張弁で急激に圧力を下げて温度を低下させ、次いで、蒸発器で冷気を生成する。
The heat pump 4 has a function of generating cold air discharged from the
蓄熱媒体5は、ヒートポンプ4によって取り出された熱を蓄えるためのものである。蓄熱媒体5としては、水などの液体を用いることができる。本実施例では、蓄熱媒体5は、蓄熱媒体5に蓄えられた熱を外部に放出可能な容器に入れられ、下部室6bの下に配置されている(図1〜図4参照)。蓄熱媒体5に蓄えられた熱は、下部室6bに放出され、それによって、夜間などに下部室6bの温度が低下することを防ぐことができる。
The
上記のように構成される温室は、以下のように作用する。すなわち、図2に示したように、仕切り手段1を全閉状態としたとき、温室の内部空間は、仕切り手段1によって上部室6aと下部室6bに隔てられる。温室へ入射する太陽光は、屋根材表面で反射、吸収されるとともに、屋根材を透過する。吸収分は、屋根材の温度を上昇させ、熱として外気へ放出されるとともに、上部室6a内の空気を温める。透過分の一部は、上部室6a内の空気中の炭酸ガスや水蒸気を直接温めるが、透過分の大部分は、仕切り手段1へ入射する。この入射分は、仕切り手段1の表面で反射、吸収されるとともに、仕切り手段1を透過する。仕切り手段1の表面で反射された太陽光は、上部室6a内で反射を繰り返しながら上部室6a内の空気を温める。吸収分は、仕切り手段1の温度を上昇させ、熱として上部室6a及び下部室6bに放出され、それによって、上部室6a及び下部室6bの空気が温められる。仕切り手段1を透過した太陽光は、下部室6bに存する栽培植物、栽培床及び栽培用器具などを照射する。ここで、仕切り手段1は、光透過性を有するため、栽培植物に必要な太陽光を下部室6bにも十分に採り入れることができる。
The greenhouse configured as described above operates as follows. That is, as shown in FIG. 2, when the
下部室6bの空気は、栽培植物などに太陽光が照射されることによって発生する熱によって温められて上昇し、仕切り手段1を加温する。上部室6aの空気は、仕切り手段1から放出される熱によって温められる。
The air in the
この状態において、ヒートポンプ4を作動させると、上部室6aの太陽光によって温められた気体が吸気口3を介してヒートポンプ4内に吸引され、ヒートポンプ4によって該気体から熱を取り出し、該熱を蓄熱媒体5に蓄えることができる。本実施例に係る温室によれば、上部室6a内の太陽光によって温められた気体がヒートポンプ4の熱源となるため、高い成績係数(例えば、低温の外気(10℃以下)を熱源としたヒートポンプの成績係数と比較して150%以上)での運転が可能となり、消費電力が小さいという利点がある。また、ヒートポンプ4は、上記気体から冷気を生成し、該冷気を排気口2を介して上部室6aに排出する。上部室6aの空気は、この冷気によって冷却され、温度が低下する。本実施例では、排気口2は、屋根材8に沿った冷気の流れを形成するように設けられているため、外気温が低い場合でも、屋根材8の内側と外側の温度差を効率良く小さくすることができる。したがって、上部室6aの中央付近(屋根材8の付近を除いた部分)の温度が高い場合でも、屋根材8を介して室外に放出される熱の量を有効に減少させることができる。さらに、仕切り手段1によって下部室6bへの冷気の流出を防止することができる。ヒートポンプ4は、そのような状態において吸気口3から吸引される気体から熱を取り出すので、集熱に関して非常に効率的である。その結果、日照時間の短い冬季においても、蓄熱媒体5に十分な量の熱を蓄えることができる。
In this state, when the heat pump 4 is operated, the gas warmed by the sunlight in the
一方、下部室6bの温度が過剰に高くなったときには、仕切り手段1を開動作させる(図3及び図4参照)。それによって、排気口2から排出される冷気を下部室6bに流出させ、下部室6bの温度を下げることが可能になり、下部室6bの温度を制御することができる。仕切り手段1の開放の程度は、下部室6bの温度によって適宜調節することができる。
On the other hand, when the temperature of the
(実験例)
図5に示した温室を用いて、その温度特性を検証した。上記実施例に係る温室は連棟式であるが、実験例に係る温室は単棟式である。実験例に係る温室も、実施例に係る温室と同様に、温室の内部空間を上部室6aと下部室6bに隔てる光透過性仕切り手段1と、上部室6aに設けられる排気口2と、上部室6aに設けられる吸気口3と、該吸気口3から吸引される気体から排気口2から排出される冷気を生成するとともに、熱を取り出すヒートポンプと、該ヒートポンプによって取り出された熱を蓄えるための蓄熱媒体5とを有して構成される。実験は、外気、上部室6a及び下部室6bの温度を24時間計測した。
(Experimental example)
The temperature characteristics were verified using the greenhouse shown in FIG. Although the greenhouse which concerns on the said Example is a continuous building type, the greenhouse which concerns on an experiment example is a single building type. Similarly to the greenhouse according to the example, the greenhouse according to the experimental example includes a light transmissive partition means 1 that divides the interior space of the greenhouse into an
図6は、実験結果(温度特性)を示すグラフである。このグラフに示されるように、ヒートポンプの運転を開始する前(7時〜9時の時間帯)においては、太陽光が温室に照射されることによって上部室6a及び下部室6bの温度が外気の温度と比べて急激に上昇した。
FIG. 6 is a graph showing experimental results (temperature characteristics). As shown in this graph, before starting the operation of the heat pump (time zone from 7 o'clock to 9 o'clock), the temperature of the
ヒートポンプの運転を開始した直後の9時から10時の時間帯では、上部室6aの温度が急激に下がり、外気の温度よりも2〜3℃低い温度まで低下した。これは、排気口2から排出される冷気によって上部室6aが冷却されたことを示している。一方、下部室6bの温度は30℃付近まで上昇し続けた。これは、仕切り手段1によって下部室6bへの冷気の流出が防止されていることを示している。
In the time zone from 9 o'clock to 10 o'clock immediately after the start of the operation of the heat pump, the temperature of the
10時から13時までの時間帯では、外気、上部室6a及び下部室6bの温度がいずれも上昇し続けた。外気、上部室6a及び下部室6bの温度は、13時30分付近でピークに達した。なお、この実験では、下部室6bのピーク時の温度が42℃という高い温度になっているが、これは、温室が単棟式であるため、太陽光が屋根面だけでなく側面からも照射されることが原因の1つとして考えられる。実施例のように連棟式の温室では、太陽光の大部分が屋根面から照射されることになるため、下部室6bの温度が実験例のように高温にはならない。上部室6aのピーク時の温度も同様である。
In the time zone from 10:00 to 13:00, the temperature of the outside air, the
14時から16時までの時間帯では、外気、上部室6a及び下部室6bの温度がいずれも低下し続けた。ヒートポンプの運転は16時に終了した。
In the time zone from 14:00 to 16:00, the temperature of the outside air, the
太陽光が照射される時間帯にヒートポンプを作動させない場合には、上部室6aの温度も下部室6bの温度と同様に高くなり、外気との温度差は大きくなるが、その時間帯にヒートポンプを作動させることによって、上部室6aと外気との温度差を小さくすることができた。したがって、この結果から室外への放熱量が減少することが実証された。
When the heat pump is not operated during the time period in which sunlight is irradiated, the temperature of the
また、上部室6aと下部室6bを仕切り手段1によって隔てることによって、下部室6bへの冷気の流出が防止されているので、下部室6bの温度がピークに達するまでの間に下部室6bの温度を低下させることがなかった。植物を栽培する上で温度の急激な低下は望ましくないところ、仕切り手段1の作用によって、上部室6aの温度を急激に低下させても下部室6bの温度はその影響を受けないことがこの結果から実証された。
Further, since the
ヒートポンプの運転を終了した直後の16時から16時30分までの時間帯では、上部室6aの温度が上昇したが、その後の時間帯(16時30分から翌日の1時まで)では、上部室6aの温度は、太陽光の照射がないため、外気の温度と同じ温度になるまで低下し続けた。
In the time zone from 16:00 to 16:30 immediately after the operation of the heat pump was finished, the temperature of the
一方、下部室6bの温度は、太陽光の照射がない時間帯(19時から翌日の3時まで)に、外気の温度が約5℃であるのに対して、10〜15℃の範囲で維持された。これは、蓄熱媒体5からの放熱によって下部室6bの温度低下を防ぐことができたことを示しており、この結果から、ヒートポンプの運転中に、蓄熱媒体5に十分な熱を蓄えることができることが実証された。
On the other hand, the temperature of the
(比較実験例)
図7は、比較実験例に係る温室の概略図であり、この温室は、仕切り手段1を備えていない点で実験例に係る温室と異なる。すなわち、この温室では、温室の内部空間全体が1つの室6cとなっている。比較実験は、外気及び室6cの温度を24時間計測した。
(Comparative experiment example)
FIG. 7 is a schematic view of a greenhouse according to the comparative experiment example, and this greenhouse differs from the greenhouse according to the experiment example in that the partition means 1 is not provided. That is, in this greenhouse, the entire interior space of the greenhouse is a
図8は、比較実験の結果(温度特性)を示すグラフである。このグラフに示されるように、ヒートポンプの運転を開始した直後の9時から10時の時間帯では、室6cの温度が急激に低下した。これは、仕切り手段1がないために、排気口2から排出される冷気によって栽培植物の周囲の温度が急激に低下することを示している。この点、上記の実験例では、仕切り手段1によって下部室6bの温度の急激な低下を防止できるので、栽培植物にとって良好な環境を提供することができる。
FIG. 8 is a graph showing the results (temperature characteristics) of the comparative experiment. As shown in this graph, the temperature of the
1 仕切り手段
2 排気口
3 吸気口
4 ヒートポンプ
5 蓄熱媒体
6a 上部室
6b 下部室
6c 室
7 ワイヤ
8 屋根材
9 第1の配管
10 第2の配管
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記温室の内部空間を上部室と下部室に隔てる光透過性仕切り手段と、
前記上部室に設けられる排気口と、
前記上部室に設けられる吸気口と、
該吸気口から吸引される気体から前記排気口から排出される冷気を生成するとともに、熱を取り出すヒートポンプと、
該ヒートポンプによって取り出された熱を蓄えるための蓄熱媒体と
を備えることを特徴とする温室。 A greenhouse for plant cultivation,
A light transmissive partitioning means for separating the internal space of the greenhouse into an upper chamber and a lower chamber;
An exhaust port provided in the upper chamber;
An air inlet provided in the upper chamber;
A heat pump that generates cool air discharged from the exhaust port from gas sucked from the intake port, and extracts heat.
A greenhouse comprising a heat storage medium for storing heat extracted by the heat pump.
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