JP2016121841A - 空気調和システムおよび植物工場 - Google Patents

Abstract

【課題】栽培室内の環境を良好に維持すること。【解決手段】空気調和システム（１）は、植物工場（１０）の栽培室（１１）内の環境が、一定周期で、暗期、明期、および、それぞれの移行期に適した温度および湿度となるように、湿度調整装置（２１）および冷暖房装置（２５）の運転を制御する制御手段（７）を備える。制御手段（７）は、明期から暗期への移行期において、先に湿度調整装置（２１）による除湿運転を行い、栽培室（１１）内の湿度が所定湿度に達してから、冷暖房装置（２５）による冷房運転を開始する。【選択図】図１

Description

本発明は、植物工場の栽培室内の環境を調整するための空気調和システムおよび植物工場に関する。

植物工場では、栽培室内の環境（温度および湿度を含む）を調整することで、季節や天候に左右されず、品質の良い植物を栽培することができる。空気環境の調整には、一般的に、エアコンや加湿器が用いられる。

たとえば、特開２０１４−８２９７９号公報（特許文献１）では、加湿器として、送風ファンにより生成された気流を加湿して各植物栽培棚に導く気化フィルター加湿器を用いることが開示されている。また、特開２０１１−９２１６３号公報（特許文献２）では、温室内の湿度を調整するために、デシカントロータ（除湿ロータ）を用いることが開示されている。

特開２０１４−８２９７９号公報 特開２０１１−９２１６３号公報（特許第５３２５０７６号）

植物工場における植物の栽培方法の一つに、栽培室内の照度を調整して明期（昼）と暗期（夜）を人工的に作り出し、栽培室内を、それぞれの期間に適した温度・湿度に調整して植物を栽培する方法がある。

この方法の場合、明期から暗期への移行期においては、温度と湿度の双方を下降させる必要があるため、通常は、冷房運転と除湿運転とが同時に行われる。しかし、この場合、同時に発生する空調の負荷が大きく、また、栽培室内に結露が生じるおそれがあった。また、暗期から明期への移行期において、暖房運転による湿度低下を防ぐために加湿器で加湿した場合、水や電力の消費量が大きくなってしまうという課題もあった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、栽培室内の環境を良好に維持することができる空気調和システムおよび植物工場を提供することである。

この発明のある局面に従う空気調和システムは、植物工場の栽培室内の環境を調整するためのシステムであって、栽培室内の空気の除湿および加湿を行う湿度調整装置と、栽培室内の温度を調整するための冷暖房装置と、栽培室内の環境が、一定周期で、暗期、明期、および、それぞれの移行期に適した温度および湿度となるように、湿度調整装置および冷暖房装置の運転を制御する制御手段とを備える。制御手段は、明期から暗期への移行期において、先に湿度調整装置による除湿運転を行い、栽培室内の湿度が所定湿度に達してから、冷暖房装置による冷房運転を開始する。

好ましくは、制御手段は、暗期から明期への移行時においては、先に冷暖房装置による暖房運転を行い、栽培室内の温度が所定温度に達してから、湿度調整装置による加湿運転を開始する。

好ましくは、当該空気調和システムは、栽培室近傍にある調整室内に設けられた、外気と栽培室からの還気とを熱交換する熱交換器をさらに備え、湿度調整装置は、調整室内において、熱交換器と栽培室との間に設けられる。この場合、湿度調整装置は、デシカントロータと、熱交換器からデシカントロータへの外気経路上に設けられた第１の加熱手段と、栽培室の吸込み口からデシカントロータへの還気経路上に設けられた第２の加熱手段とを含むことが望ましい。

上記の場合、制御手段は、明期中かつ、暗期への移行準備期間においては、第１および第２の加熱手段をオンにした状態で、デシカントロータを駆動させることによって、デシカントロータの脱水処理を実行することが望ましい。

また、制御手段は、暗期中かつ、明期への移行準備期間においては、第１および第２の加熱手段をオフにした状態で、デシカントロータを駆動させることによって、デシカントロータの保水処理を実行することが望ましい。

好ましくは、栽培室には、デシカントロータを通過した外気を、室内空間に給気するための上部給気口と、栽培棚へ吹出すための棚給気口とが設けられている。この場合、制御手段は、暗期または明期において、冷房運転中に、湿度が目標湿度以下となった場合には、棚給気口から給気することで加湿を行ってから、デシカントロータを用いた加湿運転を開始してもよい。

棚給気口は、栽培棚の養液中に位置する給気口を含んでもよい。

この発明の他の局面に従う植物工場は、植物を栽培する栽培室と、栽培室近傍にある調整室とを有しており、熱交換器と、湿度調整装置と、冷暖房装置と、制御装置とを備えている。熱交換器は、調整室内に設けられ、外気と栽培室からの還気とを熱交換する。湿度調整装置は、調整室内において熱交換器と栽培室との間に設けられ、栽培室内の空気の除湿および加湿を行う。冷暖房装置は、栽培室内の温度を調整する。制御装置は、栽培室内の環境が、一定周期で、暗期、明期、および、それぞれの移行期に適した温度および湿度となるように、湿度調整装置および冷暖房装置の運転を制御する。具体的には、制御装置は、明期から暗期への移行期において、先に湿度調整装置による除湿運転を行い、栽培室内の湿度が所定湿度に達してから、冷暖房装置による冷房運転を開始する。

本発明によれば、栽培室内の結露を防止することができる。その結果、栽培室内の環境を良好に維持することができる。

本発明の実施の形態に係る植物工場の構成を概念的に示す図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムの制御構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る植物工場の栽培室内における環境の遷移を概念的に示す図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和処理を示すフローチャートである。 暗期（主要期）における空調処理を示すフローチャートである。 暗期内の移行準備期における空調処理を示すフローチャートである。 暗期から明期への移行期における空調処理を示すフローチャートである。 明期（主要期）における空調処理を示すフローチャートである。 明期内の移行準備期における空調処理を示すフローチャートである。 明期から暗期への移行期における空調処理を示すフローチャートである。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

＜植物工場の構成について＞
はじめに、図１を参照して、本実施の形態に係る植物工場１０の構成について説明する。

植物工場１０は、少なくとも１つの栽培棚１３が設けられた栽培室１１と、栽培室１１の近傍にある調整室、たとえば天井裏空間（天井裏部屋）１２とを有している。栽培棚１３において栽培される植物は、典型的には、水耕栽培によって育つ葉菜類である。天井裏空間１２は栽培室１１に隣接している。

天井裏空間１２には、熱交換器２０と、湿度調整装置２１とが設けられている。また、栽培室１１内に、エアコン（冷暖房装置）２５の室内機２５ａと、温度センサ２６と、湿度センサ２７とが設けられている。なお、栽培室１１内には、照度を調整するために、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの照明器具（図示せず）も設けられている。

熱交換器２０は、外気と栽培室１１からの還気とを熱交換する。熱交換器２０は、いわゆる全熱交換器であってもよい。全熱交換器は、換気によって失われる空調エネルギーの全熱、すなわち顕熱（温度）と潜熱（湿度）を交換回収する省エネルギー装置である。

湿度調整装置２１は、熱交換器２０と栽培室１１との間に設けられている。湿度調整装置２１は、栽培室１１への給気湿度を下げたり上げたりすることで、栽培室１１内の空気の除湿および加湿を行う。本実施の形態では、湿度調整装置２１は、デシカントロータ２２と、加熱手段としての２つのヒータ２３，２４とを含む。

デシカントロータ２２は、公知の除湿装置であり、たとえばシリカゲルなどの吸着材が塗布されている。デシカントロータ２２は、熱交換器２０から栽培室１１へ向かう外気経路部５と、栽培室１１から熱交換器２０へ向かう排気経路部（還気経路部）６とに跨って配置されている。これにより、外気経路部５は、デシカントロータ２２を境として、熱交換器２０側の上流区間５１と、栽培室１１側の下流区間５２とに区分される。また、排気経路部６は、デシカントロータ２２を境として、栽培室１１側の上流区間６１と、熱交換器２０側の下流区間６２とに区分される。

第１のヒータ２３は、外気経路部５のうちの上流区間５１に設けられている。第１のヒータ２３の熱によって外気を温め、デシカントロータ２２に加熱空気を供給することで、デシカントロータ２２を通過して栽培室１１内に供給される外気が加湿される。第２のヒータ２４は、排気経路部６のうちの上流区間６１上に設けられている。第２のヒータ２４によって栽培室１１からの還気を温めることで、デシカントロータ２２を通過して熱交換器２０へ戻る還気が加湿される。また、第１のヒータ２３および第２のヒータ２４がＯＮ状態のときでかつ、デシカントロータ２２が乾燥状態であるとき、デシカントロータ２２内の水分が蒸発する。一方、第１のヒータ２３および第２のヒータ２４がＯＦＦ状態のとき、デシカントロータ２２によって、ＯＦＦ状態のヒータが位置する経路上を通過する空気が除湿される。なお、ヒータ２３，２４は、デシカントロータ２２の手前に位置しているが、デシカントロータと一体化されて、直接デシカントロータ２２を加熱する機構としてもよい。

エアコン（冷暖房装置）２５は、栽培室１１内の空気の温度を調整する。エアコン２５は、栽培室１１内に配置される室内機２５ａと、屋外に配置される室外機（図示せず）とを含む。

温度センサ２６は、栽培室１１内の温度を検知する。湿度センサ２７は、栽培室１１内の湿度を検知する。

栽培室１１には、外気経路部５を通過した外気の給気口４０と、室内の空気の吸込み口４４とが設けられている。吸込み口４４は、たとえば栽培室１１の天井部に位置しており、吸込み口４４から吸い込まれた空気は、還気経路４４０を介して、排気経路部６の上流区間６１に送られる。

本実施の形態では、給気口４０は、室内空間全体に給気するための上部給気口４１と、栽培棚１３に給気するための棚給気口４２，４３とを有している。上部給気口４１は、たとえば栽培室１１の天井部に位置している。上部給気口４１は、外気経路部５（下流区間５２）と連通する給気経路４１０に設けられている。なお、上部給気口４１の設置位置は、天井部に限定されず、栽培室１１の上部であれば、側壁などであってもよい。あるいは、室内空間に給気できれば、栽培室１１の上部でなくてもよい。

棚給気口４２，４３のうち、栽培棚１３の養液上に給気するための給気口を、棚上給気口４２という。また、これらのうち、栽培棚１３の養液中に給気する給気口を、水中給気口４３という。

水中給気口４３は、棚給気経路４２１に設けられている。棚上給気口４２は、たとえば、この棚給気経路４２１から分岐する分岐経路４２２に設けられている。本実施の形態では、棚給気経路４２１は、上部給気用の給気経路４１０から分岐しているが、この給気経路４１０から独立して外気経路部５（下流区間５２）と連通していてもよい。

給気経路４１０と棚給気経路４２１との接続部には、切替バルブＶ１が設けられており、棚給気経路４２１と分岐経路４２２との接続部には、切替バルブＶ２が設けられている。切替バルブＶ１は、たとえば二方弁であり、切替バルブＶ２は、たとえば三方弁である。

棚上給気口４２および水中給気口４３の少なくとも一方から給気されることにより、栽培棚１３の養液を利用して加湿を促すことができる。本実施の形態では、棚上給気口４２からの給気による加湿を「棚上加湿」、水中給気口４３からの給気による加湿を「バブリング加湿」と表現する。なお、水中給気口４３から養液中への給気は、植物の成長を促進するために一般的に行われる溶存酸素供給を兼ねることもできる。

上述のような植物工場１０の栽培室１１内の環境は、制御装置７によって調整される。制御装置７は、たとえば天井裏空間１２に設けられる。

＜システムの制御構成について＞
次に、図２を参照して、植物工場１０に採用される空気調和システム１の制御構成について説明する。空気調和システム１は、制御装置７を備えている。

制御装置７は、各種演算および処理を行う制御部７１と、各種データおよびプログラムを記憶する記憶部７２と、計時動作を行う計時部７３とを含む。

制御部７１は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算処理装置により実現される。記憶部７２には、栽培室１１内の環境を調整するための制御プログラムが予め記憶されている。記憶部７２は、たとえば、フラッシュメモリなどの不揮発性記憶装置により実現される。計時部７３は、常に日時を計測するクロックである。なお、計時部７３は、制御部７１からの指示に応じて時間を計測するタイマであってもよい。

制御部７１は、デシカントロータ２２の駆動モータ２２０、第１のヒータ２３，２４と、エアコン２５、温度センサ２６、湿度センサ２７、および切替バルブＶ１，Ｖ２のそれぞれと、電気的に接続されている。

制御部７１は、温度センサ２６から得られる栽培室１１内の温度に基づいて、エアコン２５の運転／停止を制御する。また、制御部７１は、少なくとも、湿度センサ２７から得られる栽培室１１内の湿度（相対湿度または絶対湿度）に基づいて、駆動モータ２２０の作動、第１のヒータ２３，２４のＯＮ／ＯＦＦ、および、切替バルブＶ１，Ｖ２の切替えを制御する。

ここで、植物工場１０では、栽培室１１内の照度が調整されることによって、一定周期（典型的には２４時間）で、明期（昼）と暗期（夜）とが人工的に作り出される。制御部７１は、栽培室１１内が、それぞれの期間に適した温度・湿度となるように、各部を制御する。なお、栽培室１１内の照度の調整は、制御装置７によって行われてもよいし、他の制御装置によって行われてもよい。

したがって、制御部７１は、一定周期（典型的には２４時間）で、栽培室１１内の環境を、暗期、明期、および、それぞれの移行期に適した温度および湿度となるように、調整制御を行う。このことについて、図３を参照して具体的に説明する。

図３に示されるように、栽培室１１内は、２４時間単位で、暗期、暗期から明期への移行期（移行期Ａ）、明期、明期から暗期への移行期（移行期Ｂ）が繰り返される。明期は、温度および湿度ともに、暗期よりも高い。具体的な温度条件としては、たとえば、暗期が１５℃程度、明期が２５℃程度である。具体的な湿度条件としては、たとえば、暗期が相対湿度８０％（絶対湿度８．５ｇ／ｋｇＤＡ）程度、明期が相対湿度８０％（絶対湿度１６ｇ／ｋｇＤＡ）程度である。なお、図３は、それぞれの期間の遷移を示すための図であり、各期の時間配分は図３に示すような割合でなくてよい。

制御部７１は、暗期に適した空調処理、移行期Ａに適した空調処理、明期に適した空調処理、移行期Ｂに適した空調処理を実行する。さらに、制御部７１は、暗期の最後の所定期間（たとえば１時間）、移行期Ａへの準備期（準備期Ａ）に適した空調処理を実行し、明期の最後の所定期間（たとえば１時間）、移行期Ｂへの準備期（準備期Ｂ）に適した空調処理を実行する。

制御部７１が実行する各期における空調処理については、以下に説明するシステム１の動作において、詳細に説明する。なお、以下では、説明を容易にするために、暗期および明期のうち、移行準備期を除いた期間を「主要期」という。

＜システムの動作について＞
次に、システム１の動作について説明する。システム１の動作は、制御装置７の制御部７１が図４に示す空気調和処理を実行することによって実現される。

図４は、本実施の形態に係る空気調和処理を示すフローチャートである。この調整処理は、制御装置７の制御部７１が、記憶部７２に予め記憶された制御プログラムを読出して実行することで実現される。

制御部７１は、たとえば、計時部７３より得られる現在日時に応じて、暗期用の空調処理（ステップＳ１）、移行準備期Ａ用の空調処理（ステップＳ２）、移行期Ａ用の空調処理（ステップＳ３）、明期用の空調処理（ステップＳ４）、移行準備期Ｂ用の空調処理（ステップＳ５）、移行期Ｂ用の空調処理（ステップＳ６）を順に実行する。ステップＳ１〜Ｓ６の処理は、２４時間を１周期として繰り返される。なお、実際の屋外の環境（昼、夜）と栽培室１１内の環境とは、一致していなくてもよい。以下に、各期における空調処理について説明する。

（暗期の空調処理）
図５は、暗期の主要期における空調処理を示すフローチャートである。

図５を参照して、はじめに、制御部７１は、温度センサ２６からの信号に基づき、室温が暗期上限温度ＴＤａよりも高いか否かを判断する（Ｓ１０２）。室温が暗期上限温度ＴＤａよりも高い場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、エアコン２５の冷房運転を開始し（Ｓ１０４）、ステップＳ１０８に進む。冷房運転の設定温度は、たとえば暗期の目標温度（たとえば１５℃）である。

一方、室温が暗期上限温度ＴＤａよりも低く（Ｓ１０２にてＮＯ）、さらに暗期下限温度ＴＤｂよりも低い場合には（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、エアコン２５の暖房運転を開始し（Ｓ１３０）、ステップＳ１３２に進む。暖房運転の設定温度も、暗期の目標温度であってよい。

室温が暗期上限温度ＴＤａよりも低く（Ｓ１０２にてＮＯ）かつ、暗期下限温度ＴＤｂよりも高い場合には（Ｓ１０６にてＮＯ）、エアコン２５を運転することなく、ステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８では、制御部７１は、湿度センサ２７からの信号に基づき、栽培室１１内の湿度と目標湿度ＲＤとを比較する。栽培室１１内の湿度が、目標湿度ＲＤよりも高い場合、ステップＳ１１０に進み、栽培室１１内の湿度が、目標湿度ＲＤ以下の場合、ステップＳ１１６に進む。

ステップＳ１１０において、制御部７１は、除湿運転を行う。具体的には、第２のヒータ２４をＯＮし、駆動モータ２２０にデシカントロータ２２の回転を開始させる。なお、第１のヒータ２３はＯＦＦ状態である。これにより、栽培室１１へ供給される空気が除湿される一方、栽培室１１からの還気が、第２のヒータ２４により加熱され、デシカントロータ２２内に溜まる水分が蒸発する。この場合、デシカントロータ２２から熱交換器２０へは、加湿された空気が供給される。

このとき、切替バルブＶ１は、給気経路４１０側が開となり、棚給気経路４２１側が閉となるように制御される。これにより、デシカントロータ２２によって除湿された外気は、上部給気口４１から給気される（Ｓ１１２）。その後、一定時間（たとえば２分）経過すると（Ｓ１１４）、ステップＳ１４６に進む。

一方、ステップＳ１１６では、制御部７１は、デシカントロータ２２および第１のヒータ２３を用いた加湿運転を停止したまま、栽培棚１３への給気を行う（Ｓ１１８）。具体的には、切替バルブＶ１は、給気経路４１０側が閉となり、棚給気経路４２１側が開となるように制御され、切替バルブＶ２は、棚給気経路４２１の先端部と分岐経路４２２とのうちの少なくとも一方が開となるように制御される。これにより、棚上給気口４２および水中給気口４３の少なくとも一方から給気される。すなわち、棚上加湿およびバブリング加湿の少なくとも一方が行われる。

その後、一定時間経過すると（Ｓ１２０）、再度、栽培室１１内の湿度が目標湿度ＲＤ以下か否かを判断する（Ｓ１２２）。加湿により湿度が目標湿度ＲＤよりも高くなっていれば（Ｓ１２２にてＮＯ）、ステップＳ１４６に進む。

一方、一定時間経過しても未だ、栽培室１１内の湿度が目標湿度ＲＤ以下であれば（Ｓ１２２にてＹＥＳ）、この段階で加湿運転を開始する（Ｓ１２４）。具体的には、第１のヒータ２３をＯＮし、駆動モータ２２０にデシカントロータ２２の回転を開始させる。なお、第２のヒータ２４はＯＦＦ状態である。これにより、栽培室１１へ供給される空気が加湿される。この場合、栽培室１１からの還気は除湿されて、熱交換器２０に供給される。

加湿運転を開始した場合においても、ステップＳ１１６と同様に、栽培棚１３への給気が行われてよい（Ｓ１２６）。その後、一定時間経過すると（Ｓ１２８）、ステップＳ１４６に進む。

暖房中の処理であるステップＳ１３２においても、栽培室１１内の湿度と目標湿度ＲＤとが比較される。栽培室１１内の湿度が、目標湿度ＲＤよりも高い場合、上記ステップＳ１１０に進み、除湿運転が実行される。一方、栽培室１１内の湿度が、目標湿度ＲＤ以下の場合、ステップＳ１３４に進む。

ステップＳ１３４では、制御部７１は、すぐに、デシカントロータ２２および第１のヒータ２３を用いた加湿運転を開始する。また、このときの栽培室１１への給気は、上部給気口４１から行われる（Ｓ１３６）。

その後、一定時間経過すると（Ｓ１３８）、再度、栽培室１１内の湿度が目標湿度ＲＤ以下か否かが判断される（Ｓ１４０）。加湿運転により湿度が目標湿度ＲＤよりも高くなっていれば（Ｓ１４０にてＮＯ）、ステップＳ１４６に進む。

一方、未だ、栽培室１１内の湿度が目標湿度ＲＤ以下であれば（Ｓ１４０にてＹＥＳ）、加湿運転を継続したまま、外気の吹き出し口を、上部給気口４１から栽培棚１３側の給気口４２，４３へ切替える（Ｓ１４２）。その後、一定時間経過すると（Ｓ１４４）、ステップＳ１４６に進む。

ステップＳ１４６では、暗期の主要期の終了時刻となったか否かが判断される。まだ終了時刻となっていなければ（Ｓ１４６にてＮＯ）、ステップＳ１０２に戻り、上記処理を繰り返す。一方、終了時刻になったと判断されると（Ｓ１４６にてＹＥＳ）、処理はメインルーチンに戻される。なお、処理の途中で終了時刻となった場合には、実行中の処理が中断されてもよい。以降の空調処理においても同様であるものとする。

上述のように、本実施の形態では、冷房運転中において栽培室１１内の空気の加湿が必要な場合、すぐに第１のヒータ２３およびデシカントロータ２２を用いた加湿運転を開始せずに、栽培棚１３への給気により加湿が行われる。これにより、システム１の省エネルギー化を図ることができる。一方、暖房運転中において栽培室１１内の空気の加湿が必要な場合には、すぐに第１のヒータ２３およびデシカントロータ２２を用いた加湿運転を開始する。これにより、暖房により乾燥する空気を、効果的に加湿することができる。

なお、冷房中に、ステップＳ１２４において加湿運転を開始した後、再度、ステップＳ１０８において湿度が目標湿度ＲＤ以下と判断された場合には、栽培棚１３への給気による加湿に関する処理（Ｓ１１６〜Ｓ１２０）をスキップして、ステップＳ１２４へ進んでもよい。つまり、一度、デシカントロータ２２および第１のヒータ２３を用いた加湿運転が開始されると、目標湿度ＲＤを越えるまでは、栽培棚１３への給気による加湿に切り替えることなく加湿運転を継続させてもよい。

また、ステップＳ１０８とステップＳ１２２とは、比較対象の湿度値が、共通の値（暗期目標湿度ＲＤ）であったが、これらは共通でなくてもよい。この場合、ステップＳ１２２における比較対象の湿度値の方が低くてもよい。同様に、ステップＳ１３２とステップＳ１４０とは、比較対象の湿度値が、共通の値（暗期目標湿度ＲＤ）であったが、これらは共通でなくてもよい。この場合、ステップＳ１４０における比較対象の湿度値の方が高くてもよい。

（暗期内における移行準備期の空調処理）
図６は、暗期内の移行準備期における空調処理を示すフローチャートである。

図３に示した移行準備期Ａに入ると、制御部７１は、栽培室１１の現状の湿度に関わらず、デシカント保水処理を開始する（Ｓ２０２）。具体的には、第１のヒータ２３，２４をＯＦＦしたまま、駆動モータ２２０にデシカントロータ２２の回転を開始させる。

一方、移行準備期Ａにおいても、室温の制御は、上述の暗期（主要期）の空調処理と同様に行われる。すなわち、室温が暗期上限温度ＴＤａよりも高い場合（Ｓ２０４にてＹＥＳ）、エアコン２５の冷房運転を開始し（Ｓ２０６）、ステップＳ２１０に進む。室温が暗期上限温度ＴＤａよりも低く（Ｓ２０４にてＮＯ）、さらに暗期下限温度ＴＤｂよりも低い場合には（Ｓ２０８にてＹＥＳ）、エアコン２５の暖房運転を開始し（Ｓ２０９）、ステップＳ２１０に進む。ステップＳ２０６，Ｓ２０９のいずれにおいても、エアコン２５の設定温度は、たとえば明期の目標温度（たとえば２５℃）である。

室温が暗期上限温度ＴＤａよりも低く（Ｓ２０４にてＮＯ）かつ、暗期下限温度ＴＤｂよりも高い場合には（Ｓ２０８にてＮＯ）、エアコン２５を運転することなく、ステップＳ２１０に進む。

ステップＳ２１０では、湿度が暗期の目標湿度ＲＤ以下か否かが判断される。湿度が目標湿度ＲＤ以下であれば（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、栽培棚１３への給気が行われる（Ｓ２１２）。つまり、棚上給気口４２および水中給気口４３の少なくとも一方から給気される。一方、湿度が暗期の目標湿度ＲＤよりも高ければ（Ｓ２１０にてＮＯ）、上部給気口４１からの給気が行われる（Ｓ２１６）。その後、一定時間経過すると（Ｓ２１４，Ｓ２１８）、ステップＳ２２０に進む。

ステップＳ２２０では、移行準備期Ａの終了時刻となったか否かが判断される。まだ終了時刻となっていなければ（Ｓ２２０にてＮＯ）、ステップＳ２０４に戻り、上記処理を繰り返す。一方、終了時刻になったと判断されると（Ｓ２２０にてＹＥＳ）、処理はメインルーチンに戻される。

このように、移行準備期Ａにおいては、次に始まる移行期Ａにおける加湿運転に備えて、デシカントロータ２２内に水分が蓄えられる。したがって、移行期Ａにおいて、デシカントロータ２２が能力不足となることを防止することができる。

（暗期から明期への移行期の空調処理）
図７は、暗期から明期への移行期における空調処理を示すフローチャートである。

図３に示す移行期Ｂにおいては、まず、栽培室１１内の温度が、所定温度、すなわち明期下限温度ＴＬｂを越えるまで、エアコン２５の暖房運転を実行する（Ｓ３０２、Ｓ３０４にてＮＯ）。このときのエアコン２５の設定温度は、たとえば明期下限温度ＴＬｂである。すなわち、所定温度は、典型的には、エアコン２５の設定温度である。

暖房運転により栽培室１１内の温度が、明期下限温度ＴＬｂに達すると（Ｓ３０４にてＹＥＳ）、制御部７１は、デシカントロータ２２および第１のヒータ２３を用いた加湿運転を開始する（Ｓ３０６）。また、デシカントロータ２２を通過した外気は、栽培棚１３へ給気される（Ｓ３０８）。

その後、移行期Ａの終了時刻となったか否かが判断される（Ｓ３１０）。まだ終了時刻となっていなければ（Ｓ３１０にてＮＯ）、加湿運転を継続して行う。一方、終了時刻になったと判断されると（Ｓ３１０にてＹＥＳ）、処理はメインルーチンに戻される。

なお、加湿運転が開始され、栽培室１１内の空気の湿度が、明期の目標湿度ＲＬに達した場合には、加湿運転を停止して、栽培棚１３への給気のみを継続して行ってもよい。

このように、暗期から明期への移行期Ａにおいては、先に暖房運転によって栽培室１１内の相対湿度を下げてから、加湿運転を開始することで、加湿運転の効率を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、室温が明期下限温度ＴＬｂを越えるまで、加湿運転を開始しないこととした。しかしながら、室温が、明期下限温度ＴＬｂよりも低く、かつ、暗期上限温度ＴＤａよりも高い所定温度となった時点で、加湿運転を開始してもよい。つまり、ステップＳ３０４における比較対象の温度値（所定温度）は、明期下限温度ＴＬｂと異なっていてもよい。

（明期空調処理）
図８は、明期の主要期における空調処理を示すフローチャートである。

明期の空調処理の基本的な流れは、図５に示した暗期の空調処理の流れと同様である。したがって、ここでは、暗期の空調処理と異なる処理のみ説明する。なお、図８では、図５の１００番台のステップ番号が、４００番台に置き換えられている。

ステップＳ４０２では、栽培室１１内の室温と明期上限温度ＴＬａとが比較され、ステップＳ４０６では、栽培室１１内の室温と明期下限温度ＴＬｂとが比較される。また、ステップＳ４０４，４３０では、エアコン２５の設定温度は、たとえば明期の目標温度である。また、ステップＳ４０８，Ｓ４２２，Ｓ４３２，Ｓ４４０では、栽培室１１内の湿度と明期の目標湿度ＲＬとが比較される。

このように、明期においても、冷房運転時と暖房運転時とで、加湿方法を変えることで、システム１の省エネルギー化、および、加湿効率の向上を図ることができる。

（明期内における移行準備期の空調処理）
図９は、明期内の移行準備期における空調処理を示すフローチャートである。

図３に示した移行準備期Ｂに入ると、制御部７１は、栽培室１１の現状の湿度に関わらず、デシカント脱水処理を開始する（Ｓ５０２）。具体的には、第１のヒータ２３および第２のヒータ２４の双方をＯＮにし、駆動モータ２２０にデシカントロータ２２の回転を開始させる。

ステップＳ５０４以降の処理は、基本的に、図６に示した移行準備期Ａにおける空調処理のＳ２０４以降の処理と同様である。したがって、ここでは、移行準備期Ａにおける空調処理と異なる処理のみ説明する。なお、図９では、図６の２００番台のステップ番号が、５００番台に置き換えられている。

ステップＳ５０４では、栽培室１１内の室温と明期上限温度ＴＬａとが比較され、ステップＳ５０８では、栽培室１１内の室温と明期下限温度ＴＬｂとが比較される。また、ステップＳ５０６，５０９では、エアコン２５の設定温度は、たとえば明期の目標温度である。また、ステップＳ５１０では、栽培室１１内の湿度と明期の目標湿度ＲＬとが比較される。

このように、移行準備期Ｂにおいては、次に始まる移行期Ｂにおける除湿運転に備えて、デシカントロータ２２内の水分が除去される。したがって、移行期Ｂにおいても、デシカントロータ２２が能力不足となることを防止することができる。

（明期から暗期への移行期の空調処理）
図１０は、明期から暗期への移行期における空調処理を示すフローチャートである。

図３に示す移行期Ｂにおいては、まず、デシカントロータ２２および第２のヒータ２４を用いた除湿運転を実行し（Ｓ６０２）、上部給気口４１から給気する（Ｓ６０４）。栽培室１１内の湿度が、所定湿度、すなわち暗期の目標湿度ＲＤ以下となるまで（Ｓ６０８にてＮＯ）、栽培室１１内の空気の湿度調整のみが行われる。

栽培室１１内の湿度が、目標湿度ＲＤに達すると（Ｓ６０８にてＹＥＳ）、制御部７１は、この段階でエアコン２５の冷房運転を開始する（Ｓ６１０）。冷房運転の設定温度は、たとえば暗期下限温度ＴＤｂである。

冷房運転が開始されると、移行期Ｂの終了時刻となるまで、除湿運転が継続される（Ｓ６１２にてＮＯ）。

このように、明期から暗期への移行期Ｂにおいては、先に栽培室１１内の湿度を下げてから冷房運転を開始することで、栽培室１１内の結露を防止することができる。

なお、冷房運転を開始する際に、除湿運転を停止してもよい。

また、本実施の形態では、室内の湿度が暗期の目標湿度ＲＤ以下となるまで、冷房運転を開始しないこととした。しかしながら、室内の湿度が、明期の目標湿度ＲＬよりも低く、かつ、目標湿度ＲＤよりも高い所定湿度となった時点で、冷房運転を開始してもよい。つまり、ステップＳ６０８における比較対象の湿度値（所定湿度）は、暗期の目標湿度ＲＤと異なっていてもよい。

上述のように、本実施の形態に係るシステム１によれば、デシカントロータ２２を含む湿度調整装置２１とエアコン２５とを連動制御することにより、それぞれの期間に適した空調制御を行うことができる。したがって、栽培室１１内の環境を良好に維持することができる。また、デシカントロータ２２を利用した湿度調整を、効率良く行うことができる。

また、熱交換器２０と栽培室１１との間にデシカントロータ２２を配置することで、別途、加湿装置を設ける必要がない。したがって、植物工場１０全体の省エネルギー化を図ることができる。また、ヒータ２３，２４の熱源を太陽光などの自然エネルギーとして、さらなる省エネルギー化を図ってもよい。

なお、本実施の形態のデシカントロータ２２は、回転方式のものであったが、たとえば経路切替え方式のものであっても上記と同様の機能を実現できる。

また、本実施の形態では、湿度調整装置２１が、デシカントロータ２２および２つのヒータ２３，２４によって実現されることとしたが、他の公知の装置によって実現されてもよい。この場合、湿度調整装置は、天井裏空間１２などの調整室ではなく、栽培室１１に設けられてもよい。また、この場合、熱交換器２０は、単なる換気装置であってもよい。

また、本実施の形態では、栽培棚１３への給気口を２つ設けたが、いずれか１つであってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 空気調和システム、５ 外気経路部、６ 排気経路部、７ 制御装置、１０ 植物工場、１１ 栽培室、１３ 栽培棚、１２ 天井裏空間（調整室）、２０ 熱交換器、２１ 湿度調整装置、２２ デシカントロータ、２３ 第１のヒータ、２４ 第２のヒータ、２５ エアコン、２６ 温度センサ、２７ 湿度センサ、４０ 給気口、４１ 上部給気口、４２ 棚上給気口、４３ 水中給気口、４４ 吸込み口、７１ 制御部、７２ 記憶部、７３ 計時部、２２０ 駆動モータ、４１０ 給気経路、４２１ 棚給気経路、４２２ 分岐経路、４４０ 還気経路、Ｖ１，Ｖ２ 切替バルブ。

Claims (8)

1. 植物工場の栽培室内の環境を調整するためのシステムであって、
   前記栽培室内の空気の除湿および加湿を行う湿度調整装置と、
   前記栽培室内の温度を調整するための冷暖房装置と、
   前記栽培室内の環境が、一定周期で、暗期、明期、および、それぞれの移行期に適した温度および湿度となるように、前記湿度調整装置および前記冷暖房装置の運転を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、明期から暗期への移行期において、先に前記湿度調整装置による除湿運転を行い、前記栽培室内の湿度が所定湿度に達してから、前記冷暖房装置による冷房運転を開始する、空気調和システム。
2. 前記制御手段は、暗期から明期への移行時においては、先に前記冷暖房装置による暖房運転を行い、前記栽培室内の温度が所定温度に達してから、前記湿度調整装置による加湿運転を開始する、請求項１に記載の空気調和システム。
3. 当該空気調和システムは、前記栽培室近傍にある調整室内に設けられた、外気と前記栽培室からの還気とを熱交換する熱交換器をさらに備え、
   前記湿度調整装置は、前記調整室内において、前記熱交換器と前記栽培室との間に設けられており、
   前記湿度調整装置は、デシカントロータと、前記熱交換器から前記デシカントロータへの外気経路上に設けられた第１の加熱手段と、前記栽培室の吸込み口から前記デシカントロータへの還気経路上に設けられた第２の加熱手段とを含む、請求項１または２に記載の空気調和システム。
4. 前記制御手段は、明期中かつ、暗期への移行準備期間においては、前記第１および第２の加熱手段をオンにした状態で、前記デシカントロータを駆動させることによって、前記デシカントロータの脱水処理を実行する、請求項３に記載の空気調和システム。
5. 前記制御手段は、暗期中かつ、明期への移行準備期間においては、前記第１および第２の加熱手段をオフにした状態で、前記デシカントロータを駆動させることによって、前記デシカントロータの保水処理を実行する、請求項３または４に記載の空気調和システム。
6. 前記栽培室には、前記デシカントロータを通過した外気を、室内空間に給気するための上部給気口と、栽培棚へ吹出すための棚給気口とが設けられており、
   前記制御手段は、暗期または明期において、冷房運転中に、湿度が目標湿度以下となった場合には、前記棚給気口から給気することで加湿を行ってから、前記デシカントロータを用いた加湿運転を開始する、請求項３〜５のいずれかに記載の空気調和システム。
7. 前記棚給気口は、前記栽培棚の養液中に位置する給気口を含む、請求項６に記載の空気調和システム。
8. 植物を栽培する栽培室と、前記栽培室近傍にある調整室とを有する植物工場であって、
   前記調整室内に設けられ、外気と前記栽培室からの還気とを熱交換する熱交換器と、
   前記調整室内において前記熱交換器と前記栽培室との間に設けられ、前記栽培室内の空気の除湿および加湿を行う湿度調整装置と、
   前記栽培室内の温度を調整するための冷暖房装置と、
   前記栽培室内の環境が、一定周期で、暗期、明期、および、それぞれの移行期に適した温度および湿度となるように、前記湿度調整装置および前記冷暖房装置の運転を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、明期から暗期への移行期において、先に前記湿度調整装置による除湿運転を行い、前記栽培室内の湿度が所定湿度に達してから、前記冷暖房装置による冷房運転を開始する、植物工場。

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