JP2969469B2 - 地中蓄熱温室 - Google Patents

地中蓄熱温室

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徳郎 池本
和彦 阿部
勲 隅田
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株式会社日立製作所
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    • Y02A40/00Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
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    • Y02P60/00Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/14Measures for saving energy, e.g. in green houses

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱的緩衝機能と省エネルギとに優れた太陽
熱利用の地中蓄熱温室に関する。
〔従来の技術〕
従来、太陽熱利用の地中蓄熱温室は、特開昭56−1440
19号,特開昭57−49758号公報に記載のように、温室床
下に埋設した地中熱交換器と、これに配管接続した室外
設置の集熱器とをもつようになつている。これは外部集
熱方式であるが、内部集熱方式は、地中熱交換温室があ
り、温室設計の基礎と実際(1980)第240頁から第242頁
に論じられているように、温室床下に空気循環用パイプ
を埋設し、送風機によつて温室内空気をこのパイプに送
るようになつている。
これは、地中蓄熱エネルギを強制的に温室内に放出す
る方式であるが、この例の他に、特開昭57−122721号公
報に記載のように、室外集熱器で地中蓄熱し、室内への
放熱は送風機によつて強制的に行う例がある。温室内部
で集熱し、地中蓄熱する方式は、地中熱交換温室の他
に、特開昭56−169529号公報に記載のように、ヒートポ
ンプを用いる方式がある。
ヒートポンプを用いる方法のうち、地中蓄熱ではな
く、水タンクに蓄熱する方法は、特開昭57−52729号公
報に記載の例がある。なお、直接の太陽熱利用ではない
が、地下水利用のヒートポンプ方式には、特開昭57−17
5832号公報に記載の例がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術で、特開昭56−144019号,特開昭57−49
758号、の方式は、外部集熱方式であるから大容量の集
熱と蓄熱とを得るのに好適であるが、温室内への放熱は
地中熱伝導に依るために、長期的効果の点ではよいが短
期的効果、即ち、気温の急変化に対する即応答性が不十
分であつた。また、特開昭57−122721号公報の方式は、
上記の即応答性を改善したものであるが、放熱の温度
は、地中温度レベルに左右されるので不安定であり、ま
た、室内の高温度レベルの暖房要求に対しては不十分で
もある。地中熱交換温室は、即応答性の点は良好である
が、室内だけの集熱であるので集熱量に限界があるので
曇天が続くと熱量が不足しがちであり、また放熱の温度
レベルは地中温度レベルに左右されて、不安定であるな
どの問題があつた。特開昭56−169529号公報の方式は、
前述の即応性と温度レベルの点では一見、良好である
が、内部集熱だけによる集熱量の限界があつて、結局
は、地中温度レベルも低下してくる。従つて、ヒートポ
ンプの成績係数(COP)も低下しやすいという問題があ
つた。特開昭57−5279号公報の方式は、水中に蓄熱する
ため、即応性は、特開昭56−169529号公報の例よりも更
に良好である。しかし、集熱量の限界から来る、成績係
数低下など問題は、上述よりもわるくなる。
本発明の目的は、大容量の集熱力と蓄熱力とをもち、
所望の温度レベルで、且つ、長期的にはもちろんのこと
即応的にも、温室の暖冷房が可能な太陽熱利用地中蓄熱
温室を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明は、温室床下に埋
設した地中熱交換器と、温室外に設置した太陽熱集熱器
とを備える地中蓄熱温室において、温室内にレシーブタ
ンクを設置し、そのレシーブタンク中に、太陽熱集熱器
に接続する出側配管の出口部及び入り側配管の入口部
と、地中熱交換器に接続する入り側配管の入口部及び出
側配管の出口部とをそれぞれ配置し、地中熱交換器に接
続する入り側配管にポンプを設置し、さらにヒートポン
プの水側熱交換器をレシーブタンク中に、そのヒートポ
ンプの空気側熱交換器を前記温室内に設置した。そし
て、大量の蓄熱を要するときは、集熱器とヒートポンプ
によつて、温室内・外から、集熱,蓄熱するように運転
し、また、即応(急速)的に温室を暖冷房するときに
は、地中を熱・冷源としてヒートポンプと、レシーブタ
ンクと地中熱交換器間に設けたポンプとを連動させて、
空気側熱交換器を介して行うようにしたものである。
〔作用〕
集熱器だけでも大容量の集熱が可能であるが、これに
加うるに、温室自体の集熱力を利用して、その余熱をヒ
ートポンプによつて集熱して、地中に蓄熱するので、更
に大量の熱を取得することができる。同時に、温室余熱
を集熱することは、即、温室を冷房することでもある。
夜間には、温室床下の地中熱の熱伝導に依る暖房も行わ
れるが、それのみでは間に合わないときは、ヒートポン
プによつて、地中熱を汲み上げ、かつ、昇温して温室を
急速的に暖房する。このとき、上述のように、地中熱量
は、膨大であるから、地中温度の低下は小さく、従つ
て、ヒートポンプの能率(成績係数)は、低下せず、こ
れを高く維持することができ、この点からも省エネルギ
運転が実現する。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。図
中、1は温室、2は集熱器、3はポンプ、4は温室床下
地中に埋設した地中熱交換器、5はポンプである。これ
らの配管の入口部と出口部とは、レシーブタンク6に結
合されている。このタンクの中に、ヒートポンプ7のう
ち水中側熱交換器8が設置されており、また、ヒートポ
ンプ7のうち空気側熱交換器9は、温室内に設置する。
ポンプ3は、集熱器温度Tcならびに、集熱器温度と地
中温度Tsの温度差ΔTcsの双方が、所定の値の時に作動
し、このときポンプ5も連動する。このようにして、集
熱器で得られた太陽熱を地中に蓄熱する。
ヒートポンプ7,8,9は、日中、室内温度Tiが所定の温
度(例えば25℃)以上になつたとき、作動し、このとき
ポンプ5も連動する(冷房・蓄熱運転)。このようにし
て、室内の余熱は9→7→8→6→4のつように地中へ
蓄えられる。これら、温度検知,演算,機器作動指令な
どの一連の処理はコントローラ10によつて自動的に行
う。
本実施例によれば、集熱器によつて大量の太陽熱を、
大容量の地中蓄熱部へ、蓄熱することを基本とした上
で、温室自体で集熱した太陽熱の余分をも有効に地中蓄
熱部へ蓄熱することができるので、更に大きな蓄熱効果
を発揮する。あるいは、温室余熱を集・蓄熱できる分に
相当して、室外集熱器の面積を減少させる効果が期待で
きる。
日中、ヒートポンプを作動することによつて、温室内
気温を適温に維持できる効果もあり、更に、このとき、
温室は密閉してよいから、炭酸ガスを所望の濃度に保つ
ように施肥できるので、植物の光合成を最適に維持する
ことができる。併せて、温室を密閉しているので、防
虫,防疫,防塵によつて、植物の品質を向上する効果も
ある。
大量の太陽熱を得るので大幅な省エネルギ効果をもつ
ことが当然であるが、地中蓄熱部が大容量であるため、
熱の出し入れにともなう地中温度の変化は大きくはな
く、そのため、ヒートポンプ運転における成績係数は長
時間、低下しない。従つて、省エネ運転ができる効果が
ある。
夜間には、外気温の低下に伴い、室温も低下してくる
が、それに応じて先ず、地中から熱伝導によつて室内に
熱が供給される。この熱は、長期にわたつて地中熱交換
器から地中に蓄熱された分と、日中、温室床面から地中
浅部に貯熱された分とから成る。それでも室温が急速に
低下して、所定の温度以下になるときには、ヒートポン
プを作動し、ポンプ5も連動させる(暖房・放熱運
転)。これによつて、地中の蓄熱エネルギが、昇温され
つつ、温室内に運ばれるので、室内は適温に暖房される
効果をもつ。前述のように、大容量地中蓄熱であるか
ら、大幅な省エネルギ暖房の効果をもつ。また、大容量
の故に、地中温度の変化は大きくなく、そのため、ヒー
トポンプの成績係数は長時間にわたつて低下せず、従つ
て、省エネルギ運転の効果がある。
もし、蓄熱量が小容量であると、地中温度は、すぐに
低下し、ヒートポンプの成績係数は、著しくわるくな
り、省エネ運転の効果がなくなる。なお、暖房運転にお
ける地中温度と成績係数との関係は第2図に示すように
なり、地温の高低によつて成績係数は変動する。それ
故、省エネルギ運転のためには、地温は、できるだけ高
温で、且つ、一定であることが望ましく、そのために
は、蓄熱容量は、大きく、且つ、集熱量も大きく、ある
べきであり、本実施例はこれに適うものである。
ヒートポンプで、暖房運転と冷房運転との切換は四方
弁の操作によつて行うなどがある。ヒートポンプなど機
器の駆動エネルギをも、自然エネルギ、例えば、中小河
川や農業用水路などの水力(機械的に、又は、電気的
に)に依ると、ランニングコストは、ゼロに近い、極小
値にし得て、システム全体として、自立的,完全省エネ
ルギ施設とすることができる。
集熱器は、夏期には、深夜、ポンプ3と5とを運転す
ることによつて、地中を冷房するための放熱器としても
使用することができる。
〔発明の効果〕
本発明は、大容量の地中蓄熱部をもち、これに集熱器
による外部集熱と、ヒートポンプによる内部集熱とで大
量の集熱を行うように構成されているので、大量の熱源
を長期にわたつて確保できるので、大幅な省エネルギ効
果をもつ。また、ヒートポンプと、レシーブタンクと地
中熱交換器間に設けたポンプンとを連動させてヒートポ
ンプが備える空気側熱交換器による、急速な、暖房・冷
房と、自然の地中熱伝導による、貯熱・放熱とが、相乗
的に作用して、長期的・短期的に理想的な温室環境の制
御ができる。そして、ヒートポンプの運転中でも地中温
度の変化は大きくないから、成績係数は低下することな
く、ほぼ一定で、省エネ運転ができる。さらに、ヒート
ポンプなどの駆動源をも自然エネルギで代替すると、ラ
ンニングコストもゼロのシステムが実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の説明図、第2図は地中温度
と成績係数との関係を示す特性図である。 1……温室、2……集熱器、3……ポンプ、4……地中
熱交換器、5……ポンプ、6……レシーブタンク、7…
…ヒートポンプ、8……水側熱交換器、9……空気側熱
交換器、10……コントローラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−49758(JP,A) 特開 昭57−146526(JP,A) 特開 昭57−138326(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) A01G 9/24

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】温室床下に埋設した地中熱交換器と、前記
    温室外に設置した太陽熱集熱器とを備える地中蓄熱温室
    において、前記温室内にレシーブタンクを設置し、該レ
    シーブタンク中に、前記太陽熱集熱器に接続する出側配
    管の出口部及び入り側配管の入口部と、前記地中熱交換
    器に接続する入り側配管の入口部及び出側配管の出口部
    とをそれぞれ配置し、前記地中熱交換器に接続する入り
    側配管にポンプを設置し、さらにヒートポンプの水側熱
    交換器を前記レシーブタンク中に、該ヒートポンプの空
    気側熱交換器を前記温室内に設置し、前記温室を急速暖
    房するときに該ヒートポンプと連動して前記ポンプを作
    動させ、前記空気熱交換器から放熱させることを特徴と
    する地中蓄熱温室。
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