JP2012179031A - 寒冷地用の植物栽培ハウス - Google Patents
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Abstract
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】
屋根斜面の傾斜を急勾配にし、全体が長手方向に断面三角の屋根を有し側壁を垂直にした寒冷地用の植物栽培ハウスであって、該植物栽培ハウスの長手方向の屋根部分と側壁部分と二重の透明及び/又は半透明の枠形成フィルムで覆い、日中に大部分が日陰となる屋根部分には内部に太陽光を反射する反射フィルムを設け、前記断面三角の屋根の天井上部には長手方向に高温空気を吸い込む空気吸入ダクトを設け、この空気吸入ダクトに取り込まれた高温空気を送風して、前記植物栽培ハウス内の培土の地中に配管した暖房配管に該高温空気、或いは該高温空気によって暖房した水を供給してハウス内の培土を暖房する寒冷地用の植物栽培ハウスである。
【選択図】図3
Description
ところで、従来の単に一重のビニールフィルムで覆ったハウス(温室)では、外気温に影響され温度上昇が十分ではなく、夜間のハウス内温度確保が難しく、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や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・メロン・トマトなどの収穫は難しかった。このため、夜間での低温障害を防ぐため化石燃料を用いてハウス(温室)の通年栽培を試みている。
また、積雪寒冷地帯の冬季でも植物が栽培可能なビニールハウス(温室)栽培も、本出願人によって特許文献3として提案している。
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、温度上昇した天井部分の高温空気を効率的に利用して、多量の化石燃料をほとんど使わず、通年に亘って農作物等の植物栽培が可能な寒冷地用の植物栽培ハウスを提供しようとするものである。
請求項3の発明は、請求項1に記載の寒冷地用の植物栽培ハウスにおいて、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4の発明は、請求項1乃至請求項3の記載から選択される寒冷地用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5の発明は、請求項1乃至請求項3の記載から選択される寒冷地用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畝の周囲には低位置反射フィルムを設けることを特徴とする。
また、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ことができる。
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く、通年栽培が不適切であったが、本発明は外気温から防寒や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出来る。
本発明の好適な植物栽培ハウスの実施例1を図面に沿って説明する。
図1の斜視図、図2の断面に示すように、本実施例のビニールハウスである植物栽培温室1は、寒冷地に敷設することを前提としており、冬季には屋根部に雪が積もることから、雪下ろし作業の必要のないように三角屋根11でかつ急勾配にしている。この屋根の勾配の値は、図4(a)の13cm積雪時の雪落下状況の[表1]、図4(b)の20cm積雪時の雪落下状況の[表2]での実験の結果に示すように、両ビニール屋根の開度を120度以下にすれば自然落下することが判明したが、あまり急勾配にすると、建設や保守に経費や労力を費やすので好ましくなく、更に、厳寒の夜間では、むしろ屋根に積雪が在った方がハウス内の温度低下が少ないことが判り、理想的は夜間には屋根に積雪が残っていた方がよく、太陽光が屋根に当たる午前9頃までには積雪が落下していた方が良いことも判った。
図4の[表1][表2]から判ることは、屋根開度95度では常時夜間でも雪が積もることがなく、夜間に積雪した雪が20cm時でも午前9時頃の積雪は、開度105度では100%雪は落下するが、午前9時になっても屋根開度120度なら積雪14cm、130度では積雪20cmも雪は残り、太陽光線量が妨げられることが判る。
本発明の断面三角型の三角屋根11の開度は、角度115度から95度の範囲に設定し、斜度にすれば57.5度から47.5度の範囲がよく、本実施例では開度105度、斜度52.5度程度にしている。
また、植物栽培ハウス1の全高さは南北向きの垂直部分の側壁12の高さは1.8mで、三角屋根11の頂部111までの全高は3.7mである。上述したこの三角屋根11の開度を狭くしたのは、後述するように、温室内の天井の上部空間X1に溜まる高温部分を集めるのにも最適な形状である。
また、内周面側には枠形成フィルムであり遠赤外線を抑える半透明シートの内側シート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。この内側フィルム3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3〜10cm(平均5cm)程度の空気層が存在すようにしてあり、少なくとも密着しないようにしなければならない。
また、[グラフ2]は、天候が雪の時の外気温度と、同様に、外気温度と、従来の1重フィルムのビニールハウス内地上1mでの室内温度と、本発明の本実施例のビニールハウス内地上1mでの室内温度とを比較したグラフであり、この実験結果から判ることは、外気が最高4度程度であっても室内は16度にもなり、従来のビニールハウス内の最高3度よりも遙かに高温である。
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21(2)で覆い、その内側の内側フィルム3の内周面には、更に熱反射の鏡部(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18を補強のため設けてある。
なお、30cmから100cmの高さにしたのは、30cm以下であると基礎枠体131の影等が影響し、100cm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るからであり、必要に応じて150cm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、この低位置反射フィルム41は植物の生育には非常に効果があることが判ったが、ハウス1内側の各畝に沿って畝、地上の高位置に設けた高設畝等の両側の所定高の周囲に低位置反射フィルム41を設けると各畝の植物の生育が驚く程よい。
[表3]は、天候が晴れ、外気温−3度の時に、従来ハウスと本発明の実施例ハウスでの中央部との角部や畝の下部等の隅部での太陽光線量であるルックスを測定したものである。この図10の[表3]から判ることは、午前9時時点で従来ハウスでは中央部が58900ルックスで隅部が13200ルックスであるが、本実施例ハウスでは中央部が52100ルックスで余り変わりないが、隅部では31500ルックスもある。同様に、午前11時では従来ハウスの隅部では15400ルックスであるが、本実施例ハウスの隅部では43200ルックスもある。同様に、午後13時では、従来ハウスの隅部では14100ルックスであるが、本実施例ハウスの隅部では49600ルックスと35500ルックスも多いことが判る。
また、図10の[表4]での雪時々曇り外気温が−7度でのハウス内の太陽光線量の表であり、これから判ることは、午前9時時点で従来ハウスでは中央部が6100ルックスで隅部が4000ルックスであるが、本実施例のハウス内では中央部7900ルックスで従来例よりも多く、隅部でも6700ルックスで、従来ハウスの隅部の4000ルックスよりも2700と倍近くも多い。同様に、午前11時では従来ハウスの隅部では11500ルックスであるが、本実施例ハウスの隅部では38200ルックスもあり、同様に、午後13時では従来ハウスの隅部の5300ルックス対して本実施例ハウスの隅部では7600ルックスもあることが判る。
更に、図10の[表5]での晴れ後曇り外気温が−7度でのハウス内の太陽光線量の表であり、これから判ることは、午前9時の時点で従来ハウスでは中央部が56800ルックスで隅部が12400ルックスであるが、本実施例ハウスでは中央部53800ルックスと余り変わらず、隅部では33200ルックスで従来ハウスの隅部よりも20800ルックスの差があり、2.7倍近くも多い。同様に、午前11時では従来ハウスの隅部では10700ルックスであるが本実施例の隅部では24500ルックスもあり、同様に、午後13時では従来ハウスの隅部の5300ルックス対して隅部では9900ルックスもあることが判る。
更に、南北に面した両側の側壁面Sの枠形成フィルム2,3と地表Gとの中間部分には、開閉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、必要に応じて空気を入れ換えたりできるようにしてある。
[グラフ3]は、北海道赤平での2010年12月の晴れの日の7時から19時までの外気と、植物栽培ハウス1内での地表からの高さ1.5mと、植物栽培ハウス1内での天井頂点近傍の地表からの高さ3.0mでの温度変化である。
[グラフ4]は、同様に、北海道赤平での2010年12月の雪(曇り)の日の7時から19時までの外気と、植物栽培ハウス1内での地表からの高さ1.5mと、植物栽培ハウス1内での天井頂点近傍の地表からの高さ3.0mでの温度変化である。
[グラフ5]は、同様に、北海道赤平での2010年12月の晴れ一時雪の日の7時から19時までの外気と、植物栽培ハウス1内での地表からの高さ1.5mと、植物栽培ハウス1内での天井頂点近傍の地表からの高さ3.0mでの温度変化である。
これら[グラフ3]〜[グラフ5]からは、植物栽培ハウス1の三角屋根11の内側の温室内の地表3mの天井の上部空間X1に高温部分に集約されて溜まっていることが判るが、この高温部分の空気を温室内の培土B地中に供給することが、本発明の特徴の1つである。
この貯水タンク7での貯水の温度上昇効果を図14の[グラフ6]で説明する。
図14の[グラフ6]は、天候が晴れの場合で、本実施例での50坪のハウス内の高温空気で貯水タンク7の300リットルの水を温めた場合と、単に貯水するただけで温めない場合を比較したものである。この[グラフ6]から判ることは、午前9頃では水温は15度程度であるが、本実施例のハウス内の高温空気で貯水タンク7は徐々に上昇し午後15時には20.5度まで上昇するが、単に貯水するただけでは、ほとんど上昇せず15.3度で、非常に効果があることが判る。
このように、貯水タンク7で暖められた水は、水温の高い水面84の近傍の温水を水面近傍に配置された配管81の吸水口82から、吸水しポンプ83によって吸水し、温室内の植物Pが生育する培土B地中に配管された暖房配管9に供給される。
また、図2、図3に示すように、植物栽培ハウス1内での屋根頂部111の最頂部に天井空気通路113を設け、必要に応じて空気を流通させるダンパ114を適所に設け、南西の垂直壁面115にもダンパ116を設け、これらのダンパ114、116は手動、或いはリモコンで開閉を制御して換気の量を制御する。
なお、寒冷が異常に続く場合の非常用として、予備ボイラ66が連結ダクト部分62の適所に設けてあり、十分に暖房できない場合に強制的にハウス1内の空気を加温して送風ファン63に供給するようにしている。
もっとも、ハウス内は太陽光線だけで日中の温度は15℃以上が維持され、夜間でもハウス内の温度は6℃以下にはならず、本実施例の植物栽培ハウス1を使用して、通年で予備ボイラを一度も使用しないで、秋期には完熟のトマトが収穫でき、冬季には完熟イチゴが収穫できた。
次に、実施例2を説明するが、実施例1との違いは、空気吸入ダクト6で集めた高温空気を水で温めるのに使用するのではなく、図15に示すように、直接、高温空気を暖房配管9に供給して培土Bを暖めるようにし、培土Bを暖めた空気は解放配管93の開口931から植物栽培ハウス1内に還流させている。他の構成は実施例1と同じなので説明は省略する。
作用は、実施例1では、高温空気の熱量を水に熱交換して使用しているので、急激には冷却しないが、貯水タンク7等の設備が必要となる。しかし、実施例2では熱蓄積が実施例1に比べて劣るが、余り熱を蓄積する必要がなければ実施例2は低コストで設置できる。
また、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屋根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、効率良くハウス内を暖房することができる。
更に、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なり、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。
1・・植物栽培ハウス、11・・三角屋根、
111・・屋根頂部、112・・北側屋根部分、113・・天井空気通路、
114,・116・ダンパ、115・・垂直壁面、
12・・側壁、
13・・基礎部、131・・基礎枠体、
132・・ポール支持部材、133・・結合金具、134・・ボルト、
135・・アンカーボルト用の固定部材、136・・アンカーボルト、
137・・フィルム止め用ワイヤー、138・・留め具、
14・・外枠縦ポール、15・・外枠横ポール、16・・外枠斜行縦ポール、
17・・反射フィルム押さえ用横ポール、18・・保護フィルム用横ポール、
2・・外側フィルム(枠形成フィルム)、
21・・防寒素材の外側フィルム(枠形成フィルム)、
3・・内側フィルム(枠形成フィルム)、
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、
6・・空気吸入ダクト、61・・吸入口、62・・連結ダクト部分、
63・・送風ファン、64・・送風管、65・・開口、66・・予備ボイラ、
7・・貯水タンク、71・・底部、
81・・配管、82・・吸水口、83ポンプ、84・・水面、
9・・暖房配管、91・・外部暖房配管、92・・還流開口,
93・・解放配管,931・・開口
Claims (5)
- 屋根斜面の傾斜を急勾配にし、全体が長手方向に断面三角の屋根を有し側壁を垂直にした寒冷地用の植物栽培ハウスであって、
該植物栽培ハウスの長手方向の屋根部分と側壁部分と二重の透明及び/又は半透明の枠形成フィルムで覆い、
日中に大部分が日陰となる屋根部分には内部に太陽光を反射する反射フィルムを設け、
前記断面三角の屋根の天井上部には長手方向に高温空気を吸い込む空気吸入ダクトを設け、この空気吸入ダクトに取り込まれた高温空気を送風して、前記植物栽培ハウス内の培土の地中に配管した暖房配管に該高温空気、或いは該高温空気によって暖房した水を供給してハウス内の培土を暖房することを特徴とする寒冷地用の植物栽培ハウス。 - 前記屋根斜面の傾斜の勾配を、57.5度から47.5度の範囲で急勾配としたことを特徴とする請求項1に記載の寒冷地用の植物栽培ハウス。
- 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に記載の寒冷地用の植物栽培ハウス。
- 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乃至請求項3の記載から選択される寒冷地用の植物栽培ハウス。
- 前記側壁面の地上から所定の高さの畝および高設畝の周囲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乃至請求項3の記載の寒冷地用の植物栽培ハウス。
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