JP2012516684A - 有機体の空間環境における気候制御システム、及びその空間環境、制御システム及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
ここで、本発明における基本となる周知の知見を利用する。この知見によれば、小孔をできるだけ塞いで冷却を防ぎながら湿気などを蒸発させて有機体を冷却させる必要性あるいは機構などの状態に依存して、より多数の、またはより少数の毛穴あるいはいわゆる小孔あるいは皮膚口が、開く。好適には、低位置の葉の下に花がついている場合、調整空気は有機体の低部付近で管理される。このように、このことは、開いた小孔の付近での最終的な蒸発が、境界層の厚さ及び有機体の湿気の除去に対する内的抵抗に依存することをすでに考慮した基本となる知見に一致している。
本発明の特定の態様は、有機体の直接的環境は、建物内などの気候制御に関するモデルに含まれ、少なくとも直接、測定されるか影響を受けるという事実から離れている。本発明のモデル及び制御は、実際には有機体付近の気候は有機体自身の気候と非常に類似しており、少なくとも高い関連性を持ち、少なくとも状態要因としての温度に関して、有機体付近の気候は有機体の前記状態要因における関連する数値を示し、またその逆も言えることを考慮している。本発明における概念の次の段階では、有機体の状態の影響が、その直接的な環境によって生じ得ることが認識される。
この後者は、本発明による調整を行う温室空間を、高い効率性で利用できるという利点を有する。本発明を実際的に詳細に説明すると、制御は、供給された空気と有機体の境界層の空気との間の温度及び/または湿度勾配を利用して、空気流を調整することを目的とする。このために、測定装置が母集団での検出を目的とした建物の空間内に設けられ、高さのレベルが異なる少なくとも二つの場所に既知のセンサーが含まれ、少なくとも温度要因に対する有機体の状態を定義する。対応するレベルで、少なくとも温度と空気の湿気のセンサーが、有機体の付近の空気流に含まれる。これらの数値と一般的な気体の法則の助けで、空気の自発的な上昇流が計算され、供給された空気の湿度及び/または温度は、有機体の測定温度に適用される。このような適用は、非常に迅速に実際的な結果を導き、例えば、植物では、数分で有機体の反応を導く。このような有機体の状態の測定及びこれに対する反応で、後者は、本発明によると、気候制御のモデルの一部となる。周知である温度と湿度用の測定装置を利用しながらの空気速度センサーの使用、即ち、現在示したような間接的あるいは派生的な実施例よりむしろ、空気速度の直接的な検出も本発明に含まれることが分かる。
本実施例において、このような建物は伝統的な温室35として表される。家屋、家畜小屋、納屋など、この図にさらに示していない制御部を備える他の建物においても同様である。この制御部は、温室の場合、建物内の自動気候制御を行う。このような制御は大部分が、目的となる気候−多くの場合、建物内の目的温度−に焦点を合わせており、検出から離れている、即ち、建物に関する内部及び外部気候データの自動的な登録や、建物内の構成要素の制御から離れている。この実施例において、建物用暖房装置の暖房管4、建物の換気用の通気あるいは換気装置の通気開口部5、考えられる二酸化炭素管理装置の二酸化炭素管理管6、建物用の遮蔽装置の網戸7、照明装置の照明8、考えられる加湿装置の加湿点9などの温室構成要素がある。温室の構成要素はその大部分が、人間あるいは動物用の建物において類似した形状をもつ。
この新しいモデルは、植物10から余分の湿気を取り除くことにより、断熱法で作物によって温室気候を冷却することからは離れている。このモデルは、物理の原理に基づき、植物10あるいは作物のすぐ近くでの植物10に沿った上昇空気流21の自然な発生からは離れている。ここでは、気象学において、湿った空気は乾いた空気より軽いということを物理的に説明している既知の原理が用いられている。よって、空気は上昇し、実際には、図中、矢印21によって示された植物10に沿った空気の通路を自然で自発的な空気が循環する。作物、少なくとも植物はこのため、蒸発によってそれ自身を冷却することが可能となる。湿気を加えることによる空気の上昇という事象は、今まで少なくとも明白に、既知の温室発生気候学的プロセスにおける無視できる道理として定着しているため、これを気候のモデルに含み、それに基づいて制御することは全く新しいものである。
本発明は、有機体の周りに、例えば作物の葉の周りに、いわゆる境界層、いわば影響を与えうる空気の層が存在するというそれ自体既知の事実が、断熱冷却法のプロセス、少なくとも湿気の蒸発の最適化を視野に入れて制御されるという、さらなる基本となる知見を有する。温室の通気開口部を介して発生する空気の渦から発生する気流や、この渦の連なりなどの強力な空気流の発生を、この層が妨げ、それによって最適な蒸発が起こることが認識される。最終的に、このような妨害は、確実に、比較的長い時間、持続することになるため、これは、有機体あるいはその母集団が、例えば、その最適な生育状態に至らないことを意味する。さらなる周知の本発明の基本となる知見によると、有機体とそれに沿った空気の上昇の間での湿気の交換は、葉の周辺の飽和空気層の一定の厚さが最適となり、蒸発速度が水蒸気上昇空気を取り入れた結果として、作物や周囲の境界層の間で水蒸気含有勾配に依存して存在する。
図2と一致して、このような調整された空気を供給するための供給管19が作物のすぐ近くに含まれ、特に、出口開口部20は、横断面として示される作物の列の真下にある。好ましくは、少なくとも作物排水路12に対応する直径をもつ比較的大きな管が温室に含まれる。原則的には、例えば、既存の温室で適用可能なように、このような供給管19はまた、二つ以上のより小さい供給管に置き換えることもできる。あらゆる場合において、一つの場所におけるこれらの供給管19は、垂直に突出する植物10を含むが突出した作物排水路12を含まない領域に突き出る。あらゆる場合において、本発明の供給路は、供給管内の開口部におけるある程度の出口抵抗を克服しながら新鮮な空気が少なくとも事実上は自由に、即ち、温室の空間内で自発的に開放されるように設置される。意図された空気の流れ21におけるこの空気のその後の取り込みは、目標とする状況下、即ち、葉の近く、つまり葉の層付近の空気の上昇の結果生じた引く力によって発生する空気の回転流が存在しない状況下で行われる。
発生:水分損失(植物と温室間)は、低部の区画で空気1キログラムに対して2.1グラム超、中間の区画で空気1キログラムに対して2.5〜2.7グラム、上部の区画で空気1キログラムに対して3.0〜5.0グラム
発育:水分損失(植物と温室間)は、低部の区画で空気1キログラムに対して2.0グラム未満、中間の区画で空気1キログラムに対して2.0〜2.3グラム、上部の区画で空気1キログラムに対して2.5〜3.0グラム
病気の回避:水分損失(植物と温室間)は、低部の区画で空気1キログラムに対して1.1グラム超、中間の区画で空気1キログラムに対して2.3グラム超、上部の区画で空気1キログラムに対して2.3グラム超
温室に入ったときの温度:20℃(設定温度)
飽和湿度:15g/kg(モリエ線図から)
所望の相対湿度(Rh):80%(モデル、新しい入り口)
計算された湿度:12g/kg(空気調整の前の値)
昼の温度設定:21℃
開始照射軌道:200W/m2
終了照射軌道:500W/m2
長さ修正:2℃
基本レベル:200W/m2で500ppm
最終レベル:500W/m2で1200ppm
緑色の光=良い(所定の基準を満たす)
赤色の光=悪い(所定の基準に満たない)
Claims (53)
- 建物、輸送手段を含む空間、または、植物、動物、人間を含む生物を保管、あるいは、一時的にも収容する施設として提供された筐体用の空間の一部の気候を管理制御する方法であって、その気候は少なくとも温度要因から構成され、
有機体が空間の気候制御システムの一部を形成し、空間の気候制御が、二つの異なる高さレベルでの有機体の温度の登録と、有機体を取り巻く空気の垂直方向の速度の変化量の登録とから構成される
ことを特徴とする方法。 - 空気の速度の変化が間接的に決定され、少なくとも、二つの異なる高さレベルにおける空気の温度と湿度の測定からなる
請求項1に記載の方法。 - 有機体の温度の検出と、空気の温度及び湿度の検出とが、対応する高さレベルで行われる
請求項2に記載の方法。 - 制御の影響を受けて調整され、水分含有量について不飽和である空気の管理から構成される
請求項1ないし3のいずれかに記載の方法。 - 空気が有機体の近傍で利用可能となる
請求項4に記載の方法。 - 空気が、有機体にとって少なくとも実質的に自発的に利用可能となる
請求項5に記載の方法。 - 制御が、少なくとも有機体に沿った空気流に影響する作動手段、好ましくは減速する空気の加速を介した、有機体の温度の制御を含む
請求項1ないし6のいずれかに記載の方法。 - 制御が、空間の空気の熱制御の影響によって、有機体に沿った空気流に影響を与え、空間の任意の高さレベルにおいて、少ない熱含有量の大量の空気が提供される
請求項1ないし7のいずれかに記載の方法。 - 大量の熱含有量をもつ空気が、検出された空気の熱含有量と、ある場所で所望される空気の熱含有量との差異に応じて、少なくとも有機体に関連して提供される
請求項8に記載の方法。 - 第一レベルと第二レベルにおける有機体を取り巻く空気の熱含有量の差異に基づき、第一レベルでの有機体を取り巻く空気の熱含有量に影響を与えることによって、より高いレベルで、あるいは前記第二のレベルより高い第三のレベルで空気の垂直移動が誘導される、請求項1ないし9のいずれかに記載の方法。
- 制御が、空気の垂直流を周期的に加速または減速さるか、あるいは、異なるレベルでの空気の熱含有量による影響を空気の垂直流に向ける
請求項1ないし10のいずれかに記載の方法。 - 空間に供給される空気の調整が、空気の温度と湿度から離れて、その空気の気体組成、二酸化炭素及び/または酸素の供給の結果による気体組成からも構成される
請求項1ないし11のいずれかに記載の方法。 - 制御が、有機体における温度検出の制御ループに含まれる要素からなる
請求項1ないし12のいずれかに記載の方法。 - 空気が、有機体の気候域内、あるいは、空間に収容される有機体の気候域内にあるレベルから導入される
請求項1ないし13のいずれかに記載の方法。 - 空気が、有機体の低部の高さのレベルから、あるいは有機体の幹部から、あるいは有機体の内部気候影響部から導入される
請求項14に記載の方法。 - 制御が、有機体の温度の登録からなる
請求項15に記載の方法。 - 有機体の温度検出が、少なくともその二つの高さレベルのそれぞれに対して登録される
請求項16に記載の方法。 - 有機体の温度検出、あるいは有機体の熱含有量の決定または確立が、毎回、有機体の高さレベルで行われる
請求項1ないし17のいずれかに記載の方法。 - 検出が、有機体の環境内で行われる
請求項18に記載の方法。 - 有機体と、気候の検出が瞬時に行われる
請求項19に記載の方法。 - 検出が、有機体の近傍で行われ、有機体と環境の間での熱交換が、感知できる熱だけでなく潜熱の熱交換が起きたとみなされる場所の近傍で行われる
請求項20に記載の方法。 - 制御が、空間での空気の垂直移動の実現からなるか、少なくともそれを目的とする
請求項1ないし21のいずれかに記載の方法。 - 制御が、空間内の有機体に沿った空気の垂直移動の実現からなる
請求項1ないし22のいずれかに記載の方法。 - 調整された空気の導入、少なくとも有機体に沿った空気の垂直移動の促進が、水分の交換が起こる領域内で起こる方法。
- 空気の垂直移動が、少なくとも一回の制御で管理される変化によって、湿度、温度、及び空間内に存在する空気の気体組成のうちの少なくとも二つの変化によって影響を受ける
請求項1ないし24のいずれかに記載の方法。 - 空間内に存在する空気が、調整された空気の導入によって影響を受ける
請求項25に記載の方法。 - 検出が、少なくともその結果が、多数の後続の動作のうち少なくとも一つに関して用いられ、その動作が、有機体の高さレベルで期待温度を計算することと、その期待温度を、そのレベルでの有機体の実際の登録温度とを比較することと、その空間に導入され、調整された新鮮な空気の、温度及び/または相対湿度の適応とからなる
請求項1ないし26のいずれかに記載の方法。 - 任意のレベル、第二の高さレベルと称するレベルでの制御が、そのレベルで有機体の検出可能な温度の所望の値を決定し、また、この所望の値を、このレベルでの有機体の検出温度と比較し、この所望の値は、他のレベル、例えば第一の高さレベルで、有機体の登録温度の関係によって決定され、また、空間の温度及び湿度は、対応する高さレベルで登録され、それによって、第一のレベルでの対応する検出値に関連して、第二の高さレベルで検出された値における変化を考慮する
請求項1ないし27のいずれかに記載の方法。 - 検出された値と所望の値との間の決定された差異が、気候制御の入力を形成する
請求項1ないし28のいずれかに記載の方法。 - 制御が、空間内の有機体の登録温度と所望の温度との差異の検出に基づく管理からなる
請求項1ないし29のいずれかに記載の方法。 - 期待値が、空間の気候の値と、有機体の温度の値との関係に基づき、有機体の所望の温度と実際の温度との差異が検出されるレベルとは異なる第一の高さレベルで登録される
請求項1ないし30に記載の方法。 - 第一のレベルが、第二のレベルより高さが低い位置に設定される
請求項1ないし31のいずれかに記載の方法。 - 所望の温度の値の決定あるいは確立に関して、気体の法則を含む自然法則が用いられる
請求項1ないし32のいずれかに記載の方法。 - 気候制御の管理が、空気の垂直流の誘発、あるいはその影響からなる
請求項1ないし33のいずれかに記載の方法。 - 制御が、空間内の有機体の所望の温度と登録された温度との差異に基づいた新鮮な供給空気の状態の適応からなる
請求項1ないし34のいずれかに記載の方法。 - 新鮮な供給空気が、空間の低部から、少なくともその近傍から供給される
請求項35に記載の方法。 - 制御が、新鮮な供給空気の水分含有量の規制からなる
請求項36に記載の方法。 - 気候制御設備が設けられた建物あるいは飛行機あるいは車両を含む空間、少なくとも空間条件、気候制御設備が設けられた植物、人間、動物を含む有機体の筐体のための空間、
少なくとも空間条件として、その空間が、空気の供給及び排出に関する供給設備や排気設備からなり、その供給設備が空間において排気設備より実質的に低いレベルに含まれる
ことを特徴とする空間。 - 空気の供給設備が、その空間内の有機体の高さ範囲内の高さに含まれる
請求項38に記載の空間。 - 空気の供給設備が、空間の下半分に含まれる
請求項38または39に記載の空間。 - 空気の供給設備が、空間の高さに含まれるか、あるいはデータが空間の低部に含まれる
請求項38ないし40のいずれかに記載の空間。 - 排気設備が、制御によって管理されることが可能な吸気手段からなる
請求項38ないし41のいずれかに記載の空間。 - 排気設備が、空間から空気調整設備の一部に排気された空気を転送するために設けられる
請求項38ないし42のいずれかに記載の空間。 - 有機体の収容空間において、気候制御設備に、空間の気候とその中に存在し得る有機体の両方の温度や相対湿度を含む複数の物理パラメータのうち一つまたは複数を、二つの異なる高さレベルで検出するための検出手段が備えられる
請求項38ないし43のいずれかに記載の空間。 - 気候制御設備が設けられた建物あるいは飛行機あるいは車両を含む空間、少なくとも空間条件、気候制御設備が設けられた植物、人間、動物を含む有機体の筐体のための空間、少なくとも空間条件であって、有機体の収容空間において、気候制御設備に、空間の気候とその中に存在し得る有機体の両方の温度や相対湿度を含む複数の物理パラメータのうち一つまたは複数を、二つの異なる高さレベルで少なくとも検出するための検出手段が備えられる
ことを特徴とする空間。 - 検出手段が、少なくとも二つの異なる高さレベルで管理されるか、あるいは管理されることが可能である
請求項38ないし45のいずれかに記載の空間。 - 有機体を収容する空間内の気候制御設備が、空気流、特に空間内で上方に向けられた空気流を検出するための検出手段を備える
請求項38ないし46のいずれかに記載の空間。 - 検出手段が、有機体の高さ範囲内で管理される
請求項38ないし47のいずれかに記載の空間。 - 空気供給設備が、調整設備から構成され、その調整設備に、空気調整手段が後からそこに組み込まれて設けられ、その空気調整手段が、供給される空気の除湿及び加湿を行う
請求項38ないし48のいずれかに記載の空間。 - 調整設備が、供給される空気を冷却するための冷却部と、供給される空気を再度加熱するために、空気の供給方向に後から組み込まれた暖房設備と、加熱された空気の加湿を行う後から組み込まれた空気加湿設備とから構成される
請求項38ないし49のいずれかに記載の空間。 - 請求項38ないし50のいずれかに記載される建物のための気候設備。
- 請求項38ないし51のいずれかに記載される空間のための空気調整設備。
- 請求項52に記載の、あるいは請求項1ないし37のいずれかに記載の調整設備を制御するための制御プログラム。
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