JP6952508B2 - 環境制御装置、環境制御システム、環境制御方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、栽培用ハウスのハウス内における環境を制御する環境制御装置、環境制御システム、環境制御方法、及びプログラムに関する。

特許文献１には、農業用ハウス内での農作物の栽培環境を最適な状態にするための環境制御システムが開示されている。特許文献１の環境制御システムは、ハウス内外の最新の環境情報測定値と直前の環境情報測定値とに変化があるとき、過去の環境情報蓄積データを検索し、最新の環境情報測定値に対応する過去の環境情報測定値及び環境調節装置の状態を取得する。取得した過去の環境調節装置の状態と最新の環境調節装置の状態とが異なる場合、取得した環境制御情報に基づいて環境調節装置が制御される。

特開２０１７−３８５４７号公報

特許文献１の環境制御システムは、ハウス内の環境を制御するに際し、時系列でリスト化された環境情報蓄積データを参照する。このため、例えば初期化や消去等によって蓄積されていた環境情報蓄積データが失われた場合、環境の制御が不能となってしまう。よって、特許文献１の環境制御システムでは、環境制御の安定性を確保することが難しい。

そこで、本発明は、上記課題に鑑み、栽培用ハウス内の環境制御を安定して行うことができる環境制御装置、環境制御システム、環境制御方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の環境制御装置は、換気部を有する栽培用ハウスのハウス内における環境を制御する環境制御装置であって、
前記換気部を制御する換気制御部に対して、所定の換気制御の実行及び前記換気部による換気の停止を指示する指示部と、
前記指示部が前記所定の換気制御の実行の開始を指示した時点における第１日射強度を取得する日射強度取得部と、
前記第１日射強度を記憶する記憶部と、
を備え、
前記日射強度取得部は、前記換気制御部による前記所定の換気制御の実行中において第２日射強度を取得し、
前記指示部は、前記第２日射強度が前記第１日射強度よりも小さくなった場合に、前記換気制御部に対して前記換気部による換気の停止を指示するものである。

本発明の環境制御装置によれば、換気部に対する所定の換気制御の実行を開始した時点（換気部による換気を開始した時点）における第１日射強度さえ記憶しておけば、換気部による換気を停止するか否かの判断をすることができる。すなわち、換気部による換気を開始した時点の第１日射強度を記憶すればよく、過去の環境情報を長期間に亘って蓄積する必要がない。このため、環境情報の消失によって栽培用ハウス内の環境制御が不能になるという事態は生じず、栽培用ハウス内の環境制御を安定して行うことができる。

本発明において、前記指示部は、前記第２日射強度が前記第１日射強度から所定の値ｃを減じた日射強度よりも小さくなった場合に、前記換気制御部に対して前記換気部による換気の停止を指示してもよい。

かかる構成によれば、現在の日射強度（第２日射強度）が換気開始時点での第１日射強度よりも一時的に小さくなった場合であっても、換気制御部に対する指示を直ちに行わないため、換気部による換気の不要な停止を抑制することができる。

また、本発明において、前記第２日射強度は、一定期間に複数回測定された日射強度の平均値であってもよい。

かかる構成によれば、天候や飛来物等による一時的な日射強度の変動を吸収することができるため、換気部による換気の不要な停止を抑制することができる。

また、本発明の環境制御システムは、上記の環境制御装置と、
ハウス内又はハウス外の日射強度を測定する日射強度センサと、
ハウス内の温度である室内温度Ｔｉｎを測定する室内温度センサと、
ハウス外の温度である室外温度Ｔｏｕｔを測定する室外温度センサと、
を含むものである。

本発明の環境制御システムによれば、上記環境制御装置の奏する作用効果を得ることができる。

また、本発明の環境制御方法は、換気部を有する栽培用ハウスのハウス内における環境を制御する環境制御方法であって、
前記換気部に対する所定の換気制御の実行を開始した時点における第１日射強度を取得するステップと、
取得した前記第１日射強度を記憶するステップと、
前記所定の換気制御の実行中において第２日射強度を取得するステップと、
取得した前記第２日射強度と、記憶しておいた前記第１日射強度とを比較して、前記第２日射強度が前記第１日射強度よりも小さい場合に、前記換気部による換気を停止するステップと、
を含むものである。

本発明の環境制御方法によれば、換気部に対する所定の換気制御の実行を開始した時点（換気部による換気を開始した時点）における第１日射強度さえ記憶しておけば、換気部による換気を停止するか否かの判断をすることができる。すなわち、換気部による換気を開始した時点の第１日射強度を記憶すればよく、過去の環境情報を長期間に亘って蓄積する必要がない。このため、環境情報の消失によって栽培用ハウス内の環境制御が不能になるという事態は生じず、栽培用ハウス内の環境制御を安定して行うことができる。

本実施形態の環境制御システムの全体構成を示す概略図 環境制御システムの構成を示す機能ブロック図 環境制御装置の制御の手順を示すフローチャート 環境制御装置による制御の一例を示すグラフ

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の環境制御システムの全体構成を示す概略図である。図２は、環境制御システムの構成を示す機能ブロック図である。

本実施形態の環境制御システムは、栽培用ハウス１のハウス内における環境を制御するものである。栽培用ハウス１は、換気部２を有している。換気部２としては、天窓２ａ、側窓２ｂ、換気扇２ｃ等が例示され、これらから１又は複数が選択される。換気部２による換気状態は、環境制御システムにより制御される。具体的には、換気部２が天窓２ａ及び／又は側窓２ｂであれば、窓の開度が制御され、換気部２が換気扇２ｃであれば、換気ファンの送風出力が制御される。換気部２が天窓２ａ及び／又は側窓２ｂと換気扇２ｃとを含む場合、窓の開度及び換気ファンの送風出力の双方が制御される。

栽培用ハウス１の内部には、ハウス内の温度である室内温度Ｔｉｎを測定する室内温度センサ３１が設けられている。栽培用ハウス１の外部には、ハウス外の温度である室外温度Ｔｏｕｔを測定する室外温度センサ３２が設けられている。

栽培用ハウス１には、日射強度センサ３３が設けられている。日射強度センサ３３は、日射強度を測定するものである。日射強度は、単位面積が単位時間に太陽から受ける太陽光エネルギーの量であり、単位は［Ｗ／ｍ^２］が用いられる。日射強度センサ３３としては、日射強度を直接的又は間接的に測定可能なセンサであればよく、例えば、日射量センサ、熱流束センサ、照度センサ等が例示される。なお、本実施形態において、日射強度センサ３３は、ハウス外に設けられているが、日射強度センサ３３は、ハウス内に設けられてもよい。

環境制御システムは、換気部２による換気を制御する環境制御装置４を備えている。本実施形態の環境制御装置４は、室内温度取得部４１と、室外温度取得部４２と、日射強度取得部４３と、目標室内温度設定部４４と、換気制御部４５と、指示部４６と、記憶部４７と、を備え、室内温度、室外温度、日射強度等に応じて、換気部２による換気を制御可能に構成されている。

室内温度取得部４１は、室内温度センサ３１で測定された室内温度Ｔｉｎを取得する。室内温度取得部４１で取得された室内温度Ｔｉｎは、指示部４６に入力される。また、室外温度取得部４２は、室外温度センサ３２で測定された室外温度Ｔｏｕｔを取得する。室外温度取得部４２で取得された室外温度Ｔｏｕｔは、指示部４６に入力される。

日射強度取得部４３は、日射強度センサ３３で測定された日射強度を取得する。日射強度取得部４３で取得された日射強度は、指示部４６に入力され、又は記憶部４７に記憶される。

目標室内温度設定部４４は、室内温度の目標値である目標室内温度Ｔｓｅｔを設定する。目標室内温度Ｔｓｅｔは、ハウス内で栽培される農作物に最適な条件となるように適宜設定される。目標室内温度設定部４４で設定された目標室内温度Ｔｓｅｔは、指示部４６に入力される。

換気制御部４５は、換気部２を制御する。換気部２の制御方法としては、室内温度Ｔｉｎを目標室内温度ＴｓｅｔとするためにＰＩＤ制御によって換気状態を自動制御する方法がある。ＰＩＤ制御は、換気制御部４５の内部に設けられるＰＩＤ演算処理部によって実行される。より具体的には、換気部２が天窓２ａ、側窓２ｂ等の自然換気の場合、換気制御部４５は、窓の開度を０〜１００％の間でＰＩＤ制御する。例えば、室内温度Ｔｉｎの低下時には開度を小さくし、一方、室内温度Ｔｉｎの上昇時には開度を大きくする。

指示部４６は、換気制御部４５に対して、所定の換気制御の実行及び換気部２による換気の停止を指示する。本実施形態の所定の換気制御とは、前述のＰＩＤ制御による換気制御である。また、換気部２による換気の停止とは、換気部２が天窓２ａ及び／又は側窓２ｂであれば、窓を完全に閉じた状態のことであり、換気部２が換気扇２ｃであれば、換気ファンを完全に停止した状態のことである。換気部２が天窓２ａ及び側窓２ｂの少なくとも一方と換気扇２ｃとで構成される場合、換気部２による換気が停止されると、窓が完全に閉じるとともに換気ファンが完全に停止する。指示部４６により指示された換気制御部４５は、換気部２に対する換気制御を実行し、又は換気部２による換気を停止する。

指示部４６は、室内温度取得部４１で取得された室内温度Ｔｉｎ、室外温度取得部４２で取得された室外温度Ｔｏｕｔ、日射強度取得部４３で取得された日射強度、及び目標室内温度設定部４４で設定された目標室内温度Ｔｓｅｔに基づいて、換気制御部４５に対する指示を行う。

記憶部４７は、日射強度取得部４３で取得された日射強度を記憶することができる。記憶部４７は、指示部４６が換気制御部５に対して所定の換気制御の実行の開始を指示した時点、すなわち換気部２による換気を開始した時点における日射強度である第１日射強度Ｇｏｎを少なくとも記憶する。

次に、上記の環境制御システムを用いた環境制御方法について説明する。図３は、環境制御装置４の制御の手順を示すフローチャートである。図４は、環境制御装置４による制御の一例を示すグラフである。

まず、図３に示すように、目標室内温度Ｔｓｅｔが室外温度Ｔｏｕｔ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。目標室内温度Ｔｓｅｔが室外温度Ｔｏｕｔ以上であるか否かは、指示部４６により判定される。

目標室内温度Ｔｓｅｔが室外温度Ｔｏｕｔ以上である場合（図４（ａ）参照）、室内温度Ｔｉｎが目標室内温度Ｔｓｅｔに所定の値ａを加算した温度よりも高いか否かを判定する（ステップＳ２）。室内温度Ｔｉｎが目標室内温度Ｔｓｅｔに所定の値ａを加算した温度よりも高いか否かは、指示部４６により判定される。

換気を停止した状態において、室内温度Ｔｉｎは、日射強度が高くなるにつれ、目標室内温度Ｔｓｅｔよりも高くなっていく。そして、図４（ａ）に示すように、室内温度Ｔｉｎが目標室内温度Ｔｓｅｔに所定の値ａを加算した温度よりも高くなった場合、指示部４６は、換気制御部４５に対して所定の換気制御の実行の開始を指示する（ステップＳ４）。所定の値ａは、０以上の値であり、好ましくは０より大きい値であり、例えば２℃である。所定の換気制御が実行され、換気部２による換気が開始されると、室外温度Ｔｏｕｔが目標室内温度Ｔｓｅｔよりも低いため、室内温度Ｔｉｎは低下する。換気を開始後、換気制御部４５により前述のＰＩＤ制御が行われ、これにより換気部２の換気状態が制御される。

また、指示部４６が所定の換気制御の実行の開始を指示した時点、すなわち換気部２による換気を開始した時点における第１日射強度Ｇｏｎを記憶部４７に記憶する（ステップＳ４）。なお、室内温度Ｔｉｎが目標室内温度Ｔｓｅｔに所定の値ａを加算した温度以下の場合（ステップＳ２のＮｏ）、ステップＳ１に戻る。

日射強度取得部４３は、換気部２による換気が開始した後、換気制御部４５が所定の換気制御の実行中において第２日射強度Ｇを取得する。第２日射強度Ｇは、連続して取得されてもよく、所定の時間毎に取得されてもよい。取得された第２日射強度Ｇは指示部４６に入力され、指示部４６は、入力された第２日射強度Ｇと、記憶部４７に記憶しておいた第１日射強度Ｇｏｎとに基づいて、第２日射強度Ｇが第１日射強度Ｇｏｎから所定の値ｃを減じた日射強度よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ５）。第２日射強度Ｇが第１日射強度Ｇｏｎから所定の値ｃを減じた日射強度よりも小さくなるまでの間（ステップＳ５のＮｏ）、指示部４６は、順次入力される第２日射強度Ｇと、第１日射強度Ｇｏｎから所定の値ｃを減じた日射強度とを比較する。

日射強度が低下していき、第２日射強度Ｇが第１日射強度Ｇｏｎから所定の値ｃを減じた日射強度よりも小さくなった場合、指示部４６は、換気制御部４５に対して換気部２による換気の停止を指示する（ステップＳ６）。所定の値ｃは、０以上の値であり、好ましくは０より大きい値であり、例えば第１日射強度Ｇｏｎの１０％である。ステップＳ６が終了後、ステップＳ１に戻って換気部２は停止状態で待機する。

一方、目標室内温度Ｔｓｅｔが室外温度Ｔｏｕｔ以上であるか否かを判定し、目標室内温度Ｔｓｅｔが室外温度Ｔｏｕｔよりも低い場合（ステップＳ１のＮｏ）（図４（ｂ）参照）、室内温度Ｔｉｎが室外温度Ｔｏｕｔから所定の値ｂを減じた温度よりも高いか否かを判定する（ステップＳ３）。室内温度Ｔｉｎが室外温度Ｔｏｕｔから所定の値ｂを減じた温度よりも高いか否かは、指示部４６により判定される。

換気を停止した状態において、室内温度Ｔｉｎは、日射強度が高くなるにつれ、目標室内温度Ｔｓｅｔよりも高くなっていく。そして、図４（ｂ）に示すように、室内温度Ｔｉｎが室外温度Ｔｏｕｔから所定の値ｂを減じた温度よりも高くなった場合、指示部４６は、換気制御部４５に対して所定の換気制御の実行の開始を指示する（ステップＳ４）。所定の値ｂは、０以上の値であり、好ましくは０より大きい値であり、例えば２℃である。指示部４６の指示により所定の換気制御が実行され、換気部２による換気が開始されるが、室外温度Ｔｏｕｔが目標室内温度Ｔｓｅｔよりも高いため、室内温度Ｔｉｎは上昇する。

また、指示部４６が所定の換気制御の実行の開始を指示した時点、すなわち換気部２による換気を開始した時点における第１日射強度Ｇｏｎを記憶部４７に記憶する（ステップＳ４）。なお、室内温度Ｔｉｎが室外温度Ｔｏｕｔから所定の値ｂを減じた温度以下の場合（ステップＳ３のＮｏ）、ステップＳ１に戻る。ステップＳ４以降の制御は前述の通りである。

本発明のプログラムは、上記方法を構成する各ステップをコンピュータに実行させるプログラムである。このプログラムを実行することによっても、上記方法の奏する作用効果を得ることが可能となる。

［他の実施形態］
（１）換気部２の制御としては、以下のような制御でもよい。具体的には、換気部２が天窓２ａ、側窓２ｂ等の自然換気の場合、換気制御部４５は、室内温度Ｔｉｎ＞目標設定温度Ｔｓｅｔ＋１℃であれば、全開（開度１００％）とし、室内温度Ｔｉｎ＜目標設定温度Ｔｓｅｔ−１℃であれば、全閉（開度０％）とし、Ｔｓｅｔ−１℃≦Ｔｉｎ≦Ｔｓｅｔ＋１℃であれば、開度を維持する。

一方、換気部２が換気扇２ｃの強制換気の場合、換気制御部４５は、換気ファンの送風出力を０〜１００％の間でＰＩＤ制御する。例えば、室内温度Ｔｉｎの低下時には送風出力を小さくし、一方、室内温度Ｔｉｎの上昇時には送風出力を大きくする。

また、換気部２が換気扇２ｃの強制換気の場合、換気制御部４５は、室内温度Ｔｉｎ＞目標設定温度Ｔｓｅｔ＋１℃であれば、換気扇２ｃをオンとし、室内温度Ｔｉｎ＜目標設定温度Ｔｓｅｔ−１℃であれば、換気扇２ｃをオフとし、Ｔｓｅｔ−１℃≦Ｔｉｎ≦Ｔｓｅｔ＋１℃であれば、換気扇２ｃによる換気を維持するようにしてもよい。

（２）第２日射強度Ｇは、一定期間に複数回測定された日射強度の平均値としてもよい。これにより、一時的な日射強度の変動を吸収することができるため、換気部２による換気の不要な停止を抑制することができる。同様に、第１日射強度Ｇｏｎについても、換気部２による換気を開始した時点を含めた一定期間に複数回測定された日射強度の平均値としてもよい。

さらに、第１日射強度Ｇｏｎは、換気部２による換気を開始した時点を含めた一定期間に複数回測定された日射強度の積算値であり、第２日射強度Ｇは、一定期間に複数回測定された日射強度の積算値であってもよい。これにより、一時的な日射強度の変動を吸収することができるため、換気部２による換気の不要な停止を抑制することができる。

（３）前述の実施形態では、環境制御装置４が換気制御部４５を含んでいるが、換気制御部４５は、環境制御装置４の外部に配置されてもよい。すなわち、栽培用ハウス１に備えられた換気制御部４５に対して環境制御装置４が指示するようにしてもよい。

（４）また、環境制御装置４は、ネットワークを介して遠隔操作により栽培用ハウス１の換気部２を制御するようにしてもよい。また、環境制御装置４は、クラウド上に設置されていてもよい。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。

１ 栽培用ハウス
２ 換気部
４ 環境制御装置
３１ 室内温度センサ
３２ 室外温度センサ
３３ 日射強度センサ
４１ 室内温度取得部
４２ 室外温度取得部
４３ 日射強度取得部
４４ 目標室内温度設定部
４５ 換気制御部
４６ 指示部
４７ 記憶部

Claims (6)

1. 換気部を有する栽培用ハウスのハウス内における環境を制御する環境制御装置であって、
   前記ハウス内の温度である室内温度を取得する室内温度取得部と、
   前記ハウス外の温度である室外温度を取得する室外温度取得部と、
   前記室内温度の目標値である目標室内温度を設定する目標室内温度設定部と、
   前記室内温度と前記目標室内温度との差を小さくするために前記換気部を制御する換気制御部に対して、所定の換気制御の実行及び前記換気部による換気の停止を指示する指示部と、
   前記指示部が前記所定の換気制御の実行の開始を指示した時点における第１日射強度を取得する日射強度取得部と、
   前記第１日射強度を記憶する記憶部と、
   を備え、
   前記指示部は、前記目標室内温度が前記室外温度以上、且つ、前記目標室内温度よりも前記室内温度が高くなった第１の場合、又は、前記目標室内温度が前記室外温度より低く、且つ、前記室外温度よりも前記室内温度が高くなった第２の場合に、前記換気制御部に対して前記所定の換気制御の実行の開始を指示し、
   前記日射強度取得部は、前記換気制御部による前記所定の換気制御の実行中において第２日射強度を取得し、
   前記指示部は、前記第２日射強度が前記第１日射強度よりも小さくなった場合に、前記換気制御部に対して前記換気部による換気の停止を指示する、環境制御装置。
2. 前記指示部は、前記第２日射強度が前記第１日射強度から所定の値ｃを減じた日射強度よりも小さくなった場合に、前記換気制御部に対して前記換気部による換気の停止を指示する、請求項１に記載の環境制御装置。
3. 前記第２日射強度は、一定期間に複数回測定された日射強度の平均値である、請求項１又は２に記載の環境制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の環境制御装置と、
   前記ハウス内又は前記ハウス外の日射強度を測定する日射強度センサと、
   前記室内温度を測定する室内温度センサと、
   前記ハウス外の温度である室外温度を測定する室外温度センサと、
   を含む、環境制御システム。
5. 換気部を有する栽培用ハウスのハウス内における環境を制御する環境制御方法であって、
   前記ハウス内の温度である室内温度を取得するステップと、
   前記ハウス外の温度である室外温度を取得するステップと、
   前記室内温度の目標値である目標室内温度を設定するステップと、
   前記目標室内温度が前記室外温度以上、且つ、前記目標室内温度よりも前記室内温度が高くなった第１の場合、又は、前記目標室内温度が前記室外温度より低く、且つ、前記室外温度よりも前記室内温度が高くなった第２の場合に、前記室内温度と前記目標室内温度との差を小さくするために前記換気部による所定の換気制御の実行を開始するステップと、
   前記室内温度と前記目標室内温度との差を小さくするために前記換気部に対する所定の換気制御の実行を開始した時点における第１日射強度を取得するステップと、
   取得した前記第１日射強度を記憶するステップと、
   前記所定の換気制御の実行中において第２日射強度を取得するステップと、
   取得した前記第２日射強度と、記憶しておいた前記第１日射強度とを比較して、前記第２日射強度が前記第１日射強度よりも小さい場合に、前記換気部による換気を停止するステップと、
   を含む、環境制御方法。
6. 請求項５に記載の方法をコンピュータに実行させるプログラム。

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