JP6187949B1 - 農業用ハウスの施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】農業用ハウスに用いられる二重透光フィルム全体の光透過率を高めることができる施工方法を提供する。【解決手段】空気断熱層を形成する二重の透光フィルムまたは二重の透光板を有し、透光フィルムまたは透光板のうち、少なくともハウス内側面及びハウス外側面のいずれか一方の透光フィルムまたは透光板を、光が拡散する光拡散透光フィルム４、５または光拡散透光板とし、屋根の稜線方向を概ね東西方向とした東西棟として施工する。【選択図】図３

Description

本発明は、農業用ビニールハウスにおいて保温性を高めるために用いる二重透光フィルムあるいは透光板による被覆の構造に関する。フィルムあるいは板というのは厚みと固さにおいて異なるだけであり、空気を遮断し光は概ね透過させるという機能面において違いは無く、本明細書において、「フィルム」という表現を用いる場合はいわゆる「板」をも含むものとする。

農業用ビニールハウスとは、透明なビニールフィルムを金属などで構成されるフレームに展張することで太陽熱を閉じ込めてハウス内部を保温し、作物の生育を促進したり、収穫時期をずらせることで高値取引を実現しようとするものであるが、フィルム一枚の場合はフィルムの熱伝導によって夜間のハウス内気温は外気温とほぼ同等まで低下してしまい、これらの狙いは十分に実現できるものではなかった。そこでフィルムを二枚重ねて展張し、それらの間にある程度の厚みの空気層を持たせることで、二枚のフィルムの間の空気を断熱層として保温性の良いビニールハウスを構築することが行われている。その従来技術としては、特許文献１のように、二重フィルムを張るためにフィルム留め部材を二重に設けてそれぞれにフィルムを張って断熱層を形成する方法、また、特許文献２のように、二重フィルムの間に電動ファンによって送風することで断熱層を形成する方式、予め一定の厚みのあるフレームに二重フィルムを展張したパネルを農業用ハウスの屋根面に取り付ける特許文献３などがある。

特開２００８−５７９８号公報 特開２０１２−７５４０５号公報 特開２０１４−２１７３７７号公報

これらの二重透光フィルムを用いた農業用ハウスは、保温性が非常に良いが、ハウス内に取り込める光量が低下するので、作物の光合成量が減少し、温度は確保できても収穫量が減少、あるいは徒長して病害虫に弱くなる、という問題点があった。
その要因は、透光フィルムを２枚、合計４つの屈折面におけるフレネル反射光のために光線透過率が落ちるというものである。特に冬場の太陽高度が低い季節においては透光フィルムへの入射角が大きくなるためにフレネル反射率が高くなり、光線透過率が著しく低下するというものである。屈折率n＝１．５２の透光フィルム（農業用ポリオレフィン系特殊フィルム）を用いて冬場を想定した光線入射角θ１＝７５°のときに、二重透光フィルムの光線透過率は４０％を下回ってしまう（図４）。
ここで、ハウスの建設方向として、屋根の稜線方向を東西方向（以後東西棟と呼ぶ）とすることで、フィルムへの光線入射角がすべての季節において屋根の稜線方向が南北方向（以後南北棟と呼ぶ）であるハウスよりも小さくなるのでフレネル反射率が低下しハウス全体の平均的光透過率を高めることができることが、従来から知られている（図５）。
しかし、この方法では南面屋根の投影部分は明るいが北面屋根の投影部分が暗くなる、つまりハウス内での明るさが不均一になり、生育ムラが出てしまう、という問題点があった。

二重透光フィルムを有するハウスの建設方向として、東西棟とすることで、南北棟よりも入射角が小さくなるのでフレネル反射率が低下し二重透光フィルム全体の光透過率を高めることができる。一方、東西棟にすることで、ハウス内での明るさが不均一になって生育ムラが出てしまうという問題点を解決するために、南面屋根を透過した光が北面屋根の投影部分をカバーするだけの拡散角を有する光拡散フィルムを用いることで、ハウス内の明るさの不均一を低減することができる。

本発明を用いると、冬場に、二重透光フィルムによる保温性の向上とともに、ハウス内光強度も高く均一に維持されるため、無加温または小型の暖房機または少量の燃料で各種作物の最適生育環境を実現し、収穫量を高く維持することができるので、農業経営において非常に有益であり、かつ地球温暖化などの地球環境の観点においても有意義な施設園芸を営むことができるようになる。

本発明の実施の形態１による農業用ハウスである金属フレーム上に平面状にフィルムを展張する平張型ハウスを示す図 同農業用ハウスの屋根面に併設されるパネル部材の斜視図 同パネル部材の要部側面図 光線の入射角によるハウス内へ採り込める光量の変化（ＰＯフィルムの場合） 屋根の稜線方向が南北方向のハウス（南北棟）と東西方向のハウス（東西棟）の図 ハウスの建設方向ごとの単層、複層それぞれのフィルムにおける季節ごとの光線透過率の変化の図 本発明による複層フィルム東西棟の南面屋根と北面屋根の季節ごとの南中付近の時刻における光線透過率の図 東西棟に建設したハウスにおける冬の明暗の分布を示す図 東西棟に建設したハウスにおける夏の明暗の分布を示す図 東西棟に建設したハウスにおける、南面屋根と北面屋根のそれぞれの透過率と投影面積加重平均透過率の値 フィルムで散乱した光の進行方向を示す図 本発明の実施の形態２によるカーテンの格納と展開の２種類の関係を示す図 同カーテンの格納位置を示す図 図１３に対する対比的なカーテンの格納位置を示す図

（実施の形態１）
図１に平張型ハウスと呼ばれる、金属フレーム上に平面状にフィルムを展張するタイプの農業用ハウスを示す。図２は同農業用ハウスの屋根面に併設されるパネル部材の斜視図、図３は同パネル部材の要部側面図である。
図１に示すように、農業用ハウス（以下、ハウス）の屋根面には、複数の屋根パネル部材１が併設される。屋根パネル部材１は、農業ハウス構造部材２によって支持される。
図２に示すように、屋根パネル部材１は、外枠を形成する長方形のフレーム部材３を有する。フレーム部材３の内部には、必要に応じて補強部材としての桟を設ける。フレーム部材３の両面には、図３に示すような、光拡散透光フィルム４、５が展張されている。
フレーム部材３の一方の面に配置された光拡散透光フィルム４と、フレーム部材３の他方の面に配置された光拡散透光フィルム５との間には、空気断熱層が形成される。
なお、以下の実施の形態では、光拡散透光フィルム４、５を用いて説明するが、光拡散透光フィルム４、５に代えて二重の光拡散透光板を用いてもよい。
また、フレーム部材３の一方の面に光拡散透光フィルム４を、他方の面には透光フィルムを用い、又はフレーム部材３の一方の面に透光フィルムを、他方の面には光拡散透光フィルム５を用いてもよい。
光拡散透光フィルム４、５には、光拡散角度が半値角で５度から５０度の梨地フィルムを用いることができる。

屈折率n＝１．５２の農業用ポリオレフィン系特殊フィルムを用いて、屋根の傾斜が一般的な２７°の場合、図６のような季節ごとの光線透過率の計算値が得られる。図６における縦軸の透過率とは、南面屋根の透過率×床面投影面積と、北面屋根の透過率×床面投影面積の、平均値であり、ハウス内に取り込まれる光の総量と考えることができる。
図６によると、保温性の高い複層フィルムを南北棟に建設すると冬季の光線透過率が４０%を切ってしまうが、東西棟にすると５６%という透過率であり、南北棟の単層フィルムのハウスの光線透過率を上回る。

一方、東西棟にすると、南面屋根の透過率と北面屋根の透過率が異なり、ハウス内に明るいところと暗いところのムラが生じる。図７に季節ごとの南面屋根と北面屋根の透過率の差を示すが、特に冬において北面屋根の透過率が大幅に低下し、明暗の差が激しくなる。ところが、この問題は梨地フィルムを用いることで大幅に軽減されることが実験によって立証された。
図８及び図９にその原理を示す。図９に対して図８に示すように、冬は太陽高度が低く、北面屋根の傾斜角度においては非常に大きな入射角でフィルムに光線が入射するために北面屋根の透過率が大幅に低下するが、同時に北面屋根の投影面積も減少し、南面屋根の梨地フィルムで拡散した光（図中２’、２’’、３'、３’’の光線）が十分に北面屋根の投影部分に到達するので、明暗の差が軽減される。

この理論は実験によっても実証された。図１０に、北緯３１度の立地における１１月２５日午前１１時前後の、透明フィルムを用いた場合の、明るい部分の光量と暗い部分の光量の計算値と実測値のそれぞれの値を示す。図１０によると、明るさのばらつきは透明フィルムの場合の計算値、明部：暗部＝８４：２０に対して梨地フィルムの実測値５８：５４と大幅に軽減されており、梨地フィルムを用いることで、明るさのムラは大幅に軽減されることがわかる。

一方、夏においてはそもそも北面屋根の透過率は南面屋根とさほど変わらないが、やはり南面屋根の梨地フィルムで拡散した光（図中２’、２’’、３'、３’’の光線）が十分に北面屋根の投影部分に到達するので、梨地フィルムを用いることで明暗の差はさらに軽減される。
ここで、冬〜夏のどの太陽高度においても、南面屋根の拡散光が北面屋根の投影部分に十分に届くだけの光線拡散角度を有するフィルムであることが重要であり、ハウスの屋根の高さや間口の大きさによって異なるが、光拡散角度は、半値角で５度から５０度、より好ましくは１０度から５０度が適している。半値角が小さすぎると、季節によって暗部に十分に拡散光が届かず、あるいはある程度高さのある作物の上の方の葉に拡散光が届かない（図１１の３’’の光線）。また半値角が大きすぎると、ハウスの外に出る光が増えてハウス全体の光利用効率が下がる。（図１１の１'、１”、４'、４’’の光線）。このように、あらゆる季節を通じて、南面屋根の光拡散角度を、北面屋根の投影部分まで届く角度よりも大とする。
ここで、光拡散フィルムを用いることによる一般的な作物群落に与える効果、つまり直射日光が当たる葉に光飽和点以上の強さの光が当たることを防ぎ、葉影の葉に光が当たるようになることによる作物群落としての受光量が増加する効果は当然併せ持つ。
（実施の形態２）

次に遮光または保温に用いるカーテンと組み合わせた例を示す。
図１２（A）、（B）に、遮光および保温用カーテンの配置（格納状態での位置と展開方向）の二つの例を示す。図１２（A）はハウスの屋根の稜線方向とカーテンの展開方向が直角の場合であり、図１２（B）は同一方向の場合である。これら両者はハウスの立地や柱の間隔、カーテン駆動装置の構造などによって使い分けられている。

ここで、本発明は図１２（A）の場合であって、カーテンの格納位置が北面の屋根の付け根部分であって、展開方向が南へ展開していく場合である。図１３にその断面図を示す。このようにすると、そもそも北面の屋根の投影部分は光が弱いので、格納したカーテンの影によって遮光される影響が少なくなり、ハウス全体の平均的光量低下が軽減される。図１４に示すように、南面屋根の投影部分にカーテンを格納する場合と比べるとその違いは明らかである。一方、図１２（B）のカーテンの配置においては特にカーテン格納位置による違いはない。

以上どの実施の形態においても、透光フィルムまたは透光板の材質として、フッ素フィルム、ポリオレフィン系特殊フィルム、ポリカーボネート板、アクリル板、ガラス板など、どのような材質であっても同様の効果を得ることができる。

１ 屋根パネル部材
２ 農業ハウス構造部材
３ パネルのフレーム部材
４ 農業ハウス外側の光拡散透光フィルム
５ 農業ハウス内側の光拡散透光フィルム

Claims (4)

1. 空気断熱層を形成する二重の透光フィルムまたは二重の透光板を有し、
   前記透光フィルムまたは前記透光板のうち、少なくともハウス内側面及びハウス外側面のいずれか一方の前記透光フィルムまたは前記透光板を、光が拡散する光拡散透光フィルムまたは光拡散透光板とした農業用ハウスの施工方法であって、
   屋根の稜線方向を概ね東西方向とした東西棟として施工し、
   二重の前記透光フィルムまたは二重の前記透光板によって、少なくとも南面屋根を構成することを特徴とする農業用ハウスの施工方法。
2. 前記光拡散透光フィルムまたは前記光拡散透光板の光拡散角度を、半値角で５度から５０度の範囲としたことを特徴とする請求項１に記載の農業用ハウスの施工方法。
3. 前記ハウスを設置する土地の緯度において、年間を通じて、前記南面屋根の前記光拡散透光フィルムにおける前記光拡散角度が、北面屋根の投影部分まで届く角度よりも大とすることを特徴とする請求項２に記載の農業用ハウスの施工方法。
4. 前記ハウス内を遮光あるいは保温に用いるカーテンの格納場所を、前記ハウスの北面屋根の基部とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の農業用ハウスの施工方法。