JP2011182657A - 植物栽培ハウス - Google Patents

Abstract

【課題】
植物栽培ハウスにおいて、太陽熱をハウス内に有効的に集熱してハウス内の温度上昇を確保し、多量の化石燃料を使わず、通年に亘って農作物等の植物栽培が可能な植物栽培ハウスを提供する。
【解決手段】
全体が断面半円のかまぼこ型の植物栽培ハウスであって、該かまぼこ型の長手方向の側壁面は二重の透明及び／又は半透明の枠形成フィルムからなり、 該枠形成フィルムと地表との中間部分には、夜間に地表を覆うことが可能な保護フィルムを配備し、日中に大部分が日陰となる側壁面部分には内部に太陽光を反射する反射鏡を設け、ハウスの内側の側壁下部に沿って熱吸収蓄積板を配置するとともに、該熱吸収蓄積板上に熱水蓄積装置から熱水を巡回させる熱水巡回ホースを配置した植物栽培ハウス。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽熱を効率よく利用し、積雪時でも農作物等の植物を栽培可能とする植物栽培ハウスに関するものである。

従来、積雪寒冷地帯の東北、北海道の冬期間は、露地では農作物等の植物栽培はほとんど不可能であり、透明なガラスやビニールフィルムでハウスを構築し、太陽光線の熱エネルギーを有効利用するビニールハウスを用いて農作物を栽培している。しかし、積雪寒冷地帯の１１月から２月までの４ヶ月間の気象条件はほとんど従来のビニールハウスではハウス栽培が不可能な気象条件である。
ところで、従来の単にビニールで覆ったビニールハウスでは、温度上昇が十分ではなく、ビニールフィルムを二重にして温度上昇を図ったハウスも、特許文献１、本出願人による特許文献２に開示されている。
また、北海道の釧路や稚内などの寒冷地帯では、夏期間栽培に従来のハウスを活用してもイチゴやメロンなどの収穫は難しかった。このため、夜間に零度以下の低温になることを防ぐために化石燃料を用いてハウスの通年栽培を試みている。
なお、太陽熱による温水装置も特許文献３に提案されている。

特開２００７−２８５６６２号公報 特開２０１０−３８４５９号公報 特開平５−３２２３１９号公報

しかしながら、積雪時での従来のビニールハウスでのハウス内の温度上昇は十分ではなく、特に、積雪寒冷地帯の１１月から２月までの４ヶ月間の気象条件はほとんど従来のビニールハウスではハウス栽培が不可能な気象条件であり、更に、夜間の保温状態も十分ではないという問題点があった。また、寒冷時での加熱手段も化石燃料を用いており、維持費が高く採算が難しいといった問題点があった。
本発明の課題は、植物栽培ハウスにおいて、太陽熱をハウス内に有効的に集熱してハウス内の温度上昇を確保し、多量の化石燃料を使わず、通年に亘って農作物等の植物栽培が可能な植物栽培ハウスを提供しようとするものである。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、全体が断面半円のかまぼこ型の植物栽培ハウスであって、該かまぼこ型の長手方向の側壁面は二重の透明及び／又は半透明の枠形成フィルムで覆い、 該枠形成フィルムと地表との中間部分には、夜間に地表を覆うことが可能な保護フィルムを配備し、日中に大部分が日陰となる側壁面部分には内部に太陽光を反射する反射フィルムを設け、ハウスの内側の側壁下部に沿って熱吸収蓄積板を配置するとともに、該熱吸収蓄積板上に熱水蓄積装置から熱水を巡回させる熱水巡回ホースを配置したことを特徴とする植物栽培ハウスである。
請求項２の発明は、請求項１に記載の植物栽培ハウスにおいて、前記上部の反射フィルムの外周部分を防寒素材のフィルムで覆うようにしたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の植物栽培ハウスにおいて、前記側壁面の地上から所定の高さの内側全周には低位置反射フィルムを設けることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１乃至３の記載から選択される植物栽培ハウスにおいて、前記熱水蓄積装置の熱水蓄積は、夜間電力による加熱手段又は昼間の太陽熱蓄熱手段であることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１乃至４の記載から選択される植物栽培ハウスにおいて、前記熱吸収蓄積板は笹を粉砕した繊維を黒染料を含有したアクリル樹脂で練り合わせて硬化させたことを特徴とする。

以上のような構成であるので、本発明の植物栽培ハウスは、太陽光線は冬期間といえどもハウス内に届いているので、その太陽熱をハウスの側壁を２重フィルムとし、殆ど日の当たらない側壁部分には内壁に反射フィルムを設けたので、外部の気象条件にあまり左右されずに、より多くの太陽熱を吸収し集熱する。更に、黒色選択吸収材で集熱蓄熱するので、夜間でも必要な温度を保ち、思わぬ外気の冷却の影響を受ける冷害を防止するために開閉可能な保護フィルムを設置して植物栽培ハウス内の地表を覆い、また、必要に応じて、熱水を熱循環設備で循環させることにより、１０度以上の温度を確保することが可能であるので、冷害に対して安全に植物物栽培が可能で、通年に亘って農作物等の植物栽培が可能となる。
また、従来型ハウスの夜間等の暖房は化石燃料が主であり栽培コストが高かったが、太陽熱の有効利用で従来装置よりも基礎室温が高く栽培コストが低くなる。また、従来栽培不適地であった積雪寒冷地でも栽培が可能になるため地域生産性が高められ、地場生産物を消費者に供給が出来る。

本発明の植物栽培ハウスの全体を説明する断面図、 図１の植物栽培ハウスの部分平面図、 図１の矩形基礎枠体１１の平面図、 図３の矩形基礎枠体の角部の拡大斜視図、 図３の矩形基礎枠体１１の側面図、 図１のビニールハウスの完成部分斜視図、 本発明の実施例での実測の[表１]の図、 同実測の[表２]の図である。

効率良く太陽熱を吸収し蓄積する植物栽培ハウスにより、通年に亘って農作物等の植物栽培が可能となる。

本発明の好適な植物栽培ハウスの実施例を図面に沿って説明する。
図１、図２に示すように、本実施例の植物栽培ハウス１の全体の概略は、全体が断面半円のかまぼこ型で長手方向を東西(ＥＷ)に向けた細長いビニールハウスで、基本的には、ハウスの地表に全体として矩形基礎枠体１１を施工して、これに半円形の外枠縦ポール１２を等間隔に立てて、これに直線状の外枠横ポール１３を掛け渡して骨組みを作り、この骨組みに、枠形成フイルムである二重の内側フィルム３と外側フィルム２で覆い、日中に大部分が日陰となる側壁面部分には内部に太陽光を反射する反射フィルム４(反射鏡)を貼り付け、植物栽培ハウス１の内側の側壁下部に沿って熱吸収蓄積板６を配置し、熱吸収蓄積板６上に熱水蓄積装置７から熱水を巡回させる熱水巡回ホース７１を配置している。

前記矩形基礎枠体１１は、図３の平面図に示すように全体が大きな矩形であって、図４の矩形基礎枠体１１の角部の拡大斜視図に示すように、矩形基礎枠体１１の適所にはアンカーボルト用の固定部材１１４が設けられ、アンカーボルト１５等によって地表Gに固定する。更に、この矩形基礎枠体１１は図５の右側側面図に示すように多数の５０cm程度のポール支持部材１１１がほぼ等間隔に垂直に設けられており、この対向する一対のポール支持部材１１１にかまぼこ状の外枠縦ポール１２を順次挿入して外枠縦ポール１２の骨組みを完成させ、この外枠縦ポール１２に外枠横ポール１３（図６参照）を差し渡して全体の骨組みを完成させる。また、外矩形基礎枠体１１の外側縁に沿って、図３、図４に示すように、矩形基礎枠体１１に設けられた留め具１６１にフィルム止め用ワイヤー１６が張り巡らされており、前述した各種フィルム２,３,４,５を骨組みに覆った後にそれらフィルム２,３,４,５等の下部端を挟み込んで固定する。その完成した状態が図６の斜視図に示すような外観を呈する。

なお、図４での矩形基礎枠体１１は結合金具１１２、ボルト１１３によって現地で大きな矩形に組み立て可能となっている。この矩形基礎枠体１１の使用により、従来、外枠縦ポール１２の下端を地表Gに直接刺してしたが、ポール支持部材１１１に外枠縦ポール１２を順次挿入するだけの簡単な作業で外枠縦ポール１２の骨組みができ、かつ、整然と全体の外枠縦ポール１２を設置することができ、また、コンクリート上でも硬い岩盤上でも容易にビニールハウスを施工することができ、フィルムの固定もフィルム止め用ワイヤー１６に挟むだけで、簡単な作業で済む等の幾多の利点がある。

ここで、太陽光が照射される南(Ｓ)側は二重フィルムは、外周面側には透明シート２１を張り巡らすが、この透明シートとしては厚さ0.1mm(MKVドリーム(株)：ダンビーノ（商標）)のものを使用した。透明シートは太陽光線を取り込む性能が高いものが良く、透明、或いは、ほぼ透明(透明率90％以上）に近いものがよい。
また、内周面側には遠赤外線を抑える半透明シート３を張り巡らすが、この半透明としては0.075mm(MKVドリーム(株)：ダンビーノ（商標）)のものを使用した。この半透明シートの透明性は直進光線(550mm)透過率75%で全光線(550mm)透過率90%程度であるが、保温性に関する遠赤外線(5〜25μ)透過率は15％(一般農度25％)であり保温性を有するものである。この二重のシートの間には、間隔0〜3cm(平均1cm)程度の空気層が存在する。
また、前記植物栽培ハウス１の北側の太陽光線が照射されない部分の外側には防寒素材の外側フィルム２で覆い、その内側の内側フィルム３の内周面には熱反射の鏡部(反射板)として、内側フィルム３の内壁に反射フィルム４を貼り付けてある。この反射フィルム４としては本実施例では0.03mmの(日立エーアイシー(株)：ポリシャインNF(商標)）のものを使用した。この反射フィルム４及び後述する低位置反射フィルム４１の上端部には、別途保護フィルム用横ポール１４を補強のため設けてある。

両側の側壁面Ｓの地上Ｇから２０から５０cmの高さの内側全周３１の低位置にも低位置反射フィルム４１を巡らし反射鏡を形成している。これは、植物栽培ハウス１の外側には冬場には積雪し、これが日陰を作って植物の生育を妨げるからで、この内側全周３１の低位置にもアルミ箔によって、隅まで光が照射されて、驚くほど、この部分での植物の生育が順調となる。なお、２０から５０cmの高さにしたのは、２０cm以下であると基礎枠体１１の影等が影響し、５０cmにするのは、植物栽培ハウス１の周りの積雪が通常この範囲でありからであり、必要に応じて８０cm程度にしてもよい。勿論、積雪でなくても、雑草や建造物が有る場所では、それに応じて低位置反射フィルム４１の高さを決めればよい。
また、枠形成フィルム２,３と地表Ｇとの中間部分には、夜間に地表を覆うことが可能な保護フィルム５を配備する。この保護フィルム５は巻き上げ可能な構成で、手動或いは巻き上げ機で、昼間は保護フィルム５を巻き上げて(図１での5’）、太陽光が地表Ｇまで照射するようにし、夜間は植物栽培ハウス１内の地表Ｇを覆うようにする。この保護フィルム５で植物栽培ハウス１内の地表面を覆うことにより、昼間に蓄積される熱吸収蓄積板６の熱や、地熱の放出を少なくして、保護フィルム５内の室温がより下がるのを防止している。なお、フィルムの素材は半透明シートで0.1mm(シーアイ化成(株)：ハイホット（商標）)のものを使用した。

植物栽培ハウス１の内側の側壁面Ｓの下部に沿って熱吸収蓄積板６を配置するが、これは日中に太陽熱を吸収して蓄積するもので、黒色染料を含有した水性アクリル樹脂とシリカと笹ファイバーとを混合して硬化させた多孔素材であり、水が透過する多孔質の素材であるが、極めて熱蓄積効果が高く、この製法を更に詳しく説明する。
原材料内容、
(１)笹ファイバー：
クマイ笹の葉から一般栄養成分(エキス)を抽出した後の乾燥笹であり、腐敗や劣化のしなくなった植物繊維を主成分とするものを用いる。笹の葉、特に、クマイ笹の葉は、一般栄養成分(エキス)を抽出した後は、従来は廃棄しているものであり、これを用いることで、環境負荷を軽減する。
(２)シリカゲル：
砂上粒子で神天石（黒色天然鉱物）と呼ばれている(製造元:上の国町観光振興公社）
(３)合成樹脂塗料(水性黒色アクリル樹脂(製造元：大日本塗料（株）)
上記の原料を２０cm×３０cm×(２〜６cm:高さ)の枠に、重量比笹ファイバー２８％、シリカ２２％、水性アクリル１５％、水３５％を混合して流し込み乾燥させて笹ファイバー黒色板を製造する(熱吸収蓄積板としての大きさは、施工面積に応じて適宜の大きさに設定すればよい。)。

次に、熱吸収蓄積板６上に導熱性素材の熱水巡回ホース７１を配置する。この熱水巡回ホース７１は熱水蓄積装置７に蓄積されている熱水をポンプＰにより巡回させるように配置され、熱水蓄積装置７の出口７２のポンプＰより巡回させ、吸入口７３から回収して、熱吸収蓄積板６及び植物栽培ハウス１内、また、夜間等では保護フィルム５内の温度を上昇させることができる。なお、熱吸収蓄積板６は、側壁面Ｓの下部ばかりではなく、植物を栽培しない箇所(図１・２のＹ１,Ｙ２)に熱吸収蓄積板６を配置しても良い。

熱水蓄積装置７への熱水の蓄積は、料金が安価な夜間電力を利用して加熱ヒーターで水を加熱しておく加熱手段によってでもよく、或いは、前掲の特許文献３のような従来の太陽光による温水製造装置により、昼間の太陽熱蓄熱手段であってもよい。勿論、従来のような石炭や石油を燃焼させて熱水を得てもよく、本発明の植物栽培ハウス１ではこれら化石燃料も従来のように大量は必要なく、エネルギーを節約できる。
また、実施例の植物栽培ハウス１は長手方向を東西(ＥＷ)に向けたが、場合によっては、長手方向を東西(ＥＷ)に向けなければならない場合もあるが、この場合には天井部分Tは常に太陽光が照射されるので、日があまり注さない両側の側壁面Ｓ２(図１、６）の内側だけに反射フィルム４’を配置するようにすればよく、要するに、昼間に約１０％から２０％以下の日照時間しかない部分に反射フィルムを施せばよい。

以上のような植物栽培ハウス１を幅が５ｍ、長さが１５ｍ、高さ２ｍとして、同様な規模で従来のビニールフィルムが１重の植物栽培ハウスとの室内温度を比較して、その作動・稼働状況を実験した結果を説明する。
図７の[表１]は、外気状況が最高気温2.5℃で、最低気温−7.2℃で、晴れ時々曇りであった場合の実験値であり、この外気状況は南北海道の冬季気象の９０％程度に当たるものである。また、これらの実験で、保護フィルム５は巻き上げたまま行った。
この[表１]から判ることは、従来型のビニールハウスに比べて、最低温度で14.9℃も高く、最高温度でも16.3℃も高く、昼間の植物栽培ハウス１内に蓄積された太陽熱だけで、夜間の植物栽培ハウス１内の温度を高め、作物栽培に冷害を与えない良好な状況が得られた。

次に、図８の[表２]は、外気状況が最高気温−6.5℃で、最低気温−11.8℃で、雪時々曇りであった場合の実験値である。
この[表１]から判ることは、従来型のビニールハウスに比べて、最低温度で3.3℃高く、最高温度でも7.0℃高く、昼間の植物栽培ハウス１内に蓄積された太陽熱だけでは、作物に冷害のおそれがあるので、ハウス内夜間温度を熱水蓄積装置７と熱水巡回ホース７１とによって、必要な温度まで上昇させる必要があるが、[表２]に示されるように、従来のビニールハウスに比べて基礎となる室温自体が高いので、その分だけ熱エネルギーを節約できる。

以上のように、本発明の実施例の植物栽培ハウスによれば、側壁面を２重フィルムとし、殆ど日の当たらない側壁部分には内壁に反射鏡を設けたので、外部の気象条件にあまり左右されずにより多くの太陽熱を吸収し集熱して、更に、黒色選択吸収材で集熱蓄熱するので、保温効率が向上し、冷害の虞のある場合には保護フィルムで植物栽培ハウス１内の地表を覆い、必要に応じて、熱水を熱循環設備で循環させることにより、１０度以上の温度を確保することが可能であるので、冷害に対して安全な植物栽培が可能、通年に亘って農作物等の植物栽培が可能となる。
また、従来型ハウスの夜間等の暖房は化石燃料が主であり栽培コストが高かったが、太陽熱の有効利用で栽培コストが低くなる。また、従来栽培不適地であった積雪寒冷地でも栽培が可能になるため地域生産性が高められ、地場生産物を消費者に供給が出来る。
なお、本発明の特徴を損なうものでなければ、上記の実施例に限定されるものでないことは勿論である。

Ｇ・・地表、Ｓ・・側壁面、
S2・・ハウスの長手方向が東西に設置されている場合の反射フィルムの位置、
Ｔ・・天井部分、Y1,Y2・・植物を栽培しない箇所(熱吸収蓄積板)、
１・・植物栽培ハウス、１１・・基礎枠体、１１１・・ポール支持部材、
１１２・・結合金具、１１３・・ボルト、
１１４・・アンカーボルト用の固定部材、
１２・・外枠縦ポール、１３・・外枠横ポール、
１４・・保護フィルム用横ポール、１５・・アンカーボルト、
１６・・フィルム止め用ワイヤー、１６１・・留め具、
２・・外側フィルム(枠形成フィルム）、
２１・・防寒素材外側フィルム、
３・・内側フィルム(枠形成フィルム）
４，４’・・反射フィルム(反射鏡)、４１・・低位置反射フィルム、
５・・保護フィルム、５’・・巻き上げ状態の保護フィルム、
６・・熱吸収蓄積板、
７・・熱水蓄積装置、７１・・熱水巡回ホース

Claims (5)

1. 全体が断面半円のかまぼこ型の植物栽培ハウスであって、
   該かまぼこ型の長手方向の側壁面を二重の透明及び／又は半透明の枠形成フィルムで覆い、
   該枠形成フィルムと地表との中間部分には、夜間に地表を覆うことが可能な保護フィルムを配備し、
   日中に大部分が日陰となる側壁面部分には内部に太陽光を反射する反射フィルムを設け、
   ハウスの内側の側壁下部に沿って熱吸収蓄積板を配置するとともに、該熱吸収蓄積板上に熱水蓄積装置から熱水を巡回させる熱水巡回ホースを配置したことを特徴とする植物栽培ハウス。
2. 前記反射フィルムの外周部分は防寒素材のフィルムで覆うようにしたことを特徴とする請求項１に記載の植物栽培ハウス。
3. 前記側壁面の地上から所定の高さの内側全周には低位置反射フィルムを設けることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の植物栽培ハウス。
4. 前記熱水蓄積装置の熱水蓄積は、夜間電力による加熱手段又は昼間の太陽熱蓄熱手段であることを特徴とする請求項１乃至３の記載から選択される植物栽培ハウス。
5. 前記熱吸収蓄積板は笹を粉砕した繊維を黒染料を含有したアクリル樹脂で練り合わせて硬化させたことを特徴とする請求項１乃至４の記載から選択される植物栽培ハウス。

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