JPH0143529B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明は温室内暖房方法、詳しくは施設園芸用
温室におけるヒートポンプを用いた暖房方法の改
良に関する。

(2) 技術の背景 温室を利用した施設園芸においては、太陽熱エ
ネルギーを利用する以外に作物の生態に合せた積
極的な温度管理が計られる。例えば温室を利用し
たきゆうり栽培では11月から４月までの期間12℃
以上の栽培温度が必要とされる。

このような温度管理、例えば冬期における暖房
は、暖房機の運転によるかまたは熱源としての地
下水を利用することが行われ、よつて得られる熱
を集熱蓄熱し、これを夜間に放出するなどの方法
で行われている。

(3) 従来技術と問題点 従来上記地下水を熱源として利用する方法は、
ヒートポンプ、熱交換機、貯水槽をそれぞれ配管
で結び、上記ヒートポンプを地下水を熱源として
運転して貯水槽に温水を蓄え、かかる温水を用い
て熱交換機により温風を吹き出して暖房を行うも
のであつた。

しかし、従来の暖房方法においては、暖房用の
熱を貯水槽に蓄えるため常時ヒートポンプを運転
しなければならず、そのため運転費用がかかる問
題がある。また上記ヒートポンプの連続運転のた
め、昼間の除湿暖房を行うには他の冷房システム
を導入しなければならず、そのため設備が複雑と
なり費用もかかり、また熱源である地下水を昼夜
必要とするため地下水の確保など種々の問題を生
じる。

(4) 発明の目的 本発明は上記従来の問題点に鑑み、少ない設備
で昼間の除湿冷房、夜間の暖房が行なえ、かつ熱
源である地下水を節水することのできる温室内暖
房方法の提供を目的とする。

(5) 発明の構成 そしてこの目的は本発明によれば、地下水を利
用した温室の暖房方法にして、ヒートポンプ、蓄
熱タンク、および水対空気対向流型熱交換機を温
室内に配設し、上記ヒートポンプと蓄熱タンクと
を循環ポンプ、切換弁を介して配管で結び、また
水対空気対向流型熱交換機と蓄熱タンクとを配管
で結び、これら装置により昼間温室内空気を熱源
としてヒートポンプを運転し、上記蓄熱タンク内
に温水を蓄えるとともに温室内の冷房除湿を行
い、夜間は前記蓄熱タンク内の温水を熱源として
水対空気対向流型熱交換機を運転し、また地下水
を熱源としてヒートポンプを運転し、温室内の暖
房を行うことを特徴とする温室内暖房方法を提供
することによつて達成され、また上記蓄熱タンク
の他に貯水タンクを設け、これに昼間地下水を貯
水し、この貯水した地下水と供給地下水とを熱源
として使用することを特徴とする温室内暖房方法
を提供することによつても達成される。

(6) 発明の実施例 以下本発明実施例を図面により説明する。

第１図は本発明実施例を説明するための各装置
の系統を示す図で、同図において符号１は、空気
−冷媒熱交換器２、コンプレツサー３、水−冷媒
熱交換器４および膨張弁５からなるヒートポンプ
と送風機７とからなる熱交換ユニツト、９は温水
１７を蓄える例えば容量3500の蓄熱タンク、ま
た２０は水対空気対向流型の熱交換機で上記温水
１７と空気との熱交換により温風を供給する。そ
してこれら各装置は温室内に設置され、それぞれ
切換弁１５，１６を介して配管Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄな
どで結ばれている。

かかる装置構成において、昼間は温室内の約25
℃の空気と水との熱交換により蓄熱タンク９内に
温水を蓄える（集熱）と同時に、温室内空気の冷
却除湿を行う。すなわち第１図を参照すると蓄熱
タンク９内の14℃程度の水はタンク内の下部吐水
口１１から切換弁１６、配管Ｅ、循環ポンプ６を
経て熱交換ユニツト１内の水−冷媒熱交換器４に
導かれ、ここでのヒートポンプの冷媒との熱交換
により熱を得て温水となり、配管Ｄ、切換弁１
５、配管Ｈを経て上部給水口１０から蓄熱タンク
９に順次蓄えられる。

また温室内の25ないし26℃の空気は、矢印ａで
示す方向から熱交換ユニツト１内に取り込まれ、
符号２で示す空気−冷媒熱交換器により除湿冷却
された後、送風機７により空気排出口８から矢印
ｂで示す方向に温室内へ吹き出される。

第２図は上述した熱交換ユニツト１の運転にお
けるヒートポンプの動作を説明するための周知の
代表例としてのヒートポンプの各装置の系統図
で、同図において第１図と同じ装置は同じ符号を
付して示し、また配管Ｑ〜Ｗに示す矢印は冷媒の
流れ方向を表す。

同図によれば、コンプレツサー３により圧縮さ
れた冷媒である高温ガスは、配管Ｑ、次いで切換
弁４０を介して配管Ｒに入り、水−冷媒熱交換器
４に導かれる。そしてここで配管Ｅから送られて
くる水との熱交換により冷却されて高圧の液体と
なり、配管Ｓ、逆止弁３５を介して膨張弁５に到
達し、ここで減圧されて低圧液体となり、配管
Ｔ、逆止弁３６、配管Ｕを経て空気−冷媒熱交換
器２に至る。ここで空気との熱交換により加熱さ
れて低圧ガスとなり、配管Ｖ、切換弁４０、配管
Ｗを通りコンプレツサー３にもどり再び圧縮高温
ガスとなつて上述のサイクルを繰り返す。なお符
号７は送風機を示し、これに付与した矢印ｂは空
気の流れを表す。

上述した方法において、例えば3.75KWのヒー
トポンプを用い、水の温度を14℃、温室内空気の
温度を25ないし26℃とし、また当該温室内空気の
吸引量を毎分110m³とすると空気排出口８から放
出される空気の温度は19ないし22℃となり毎時
14000Kcalの冷却除湿能力が得られ、他方蓄熱タ
ンク９には毎分10の流量で温水を供給でき、毎
時15600Kcalの蓄熱能力を発揮することができ
る。なお温水の流量は分枝管２４に設けられた調
節弁２３によつて調節することができる。

他方、夜間においては、まず上記蓄熱タンク９
に蓄えられた温水を用いて水対空気対向流型の熱
交換機２０（以下熱交換機２０と略記す）を優先
的に運転して温風を供給する。次いで温水使用後
及び深夜暖房負荷の重い場合には地下水を熱源と
して熱交換ユニツト１を運転して温風を温室内に
供給する。

ここで再び第１図を参照すると、まず切換弁１
５および１６により地下水を熱源とする配管接続
に切り換える。すなわち配管Ｆと配管Ｅ、また配
管Ｄと配管Ｇとを連結する。またヒートポンプに
おいても第３図に示す如く切換弁４０により配管
Ｑと配管Ｖ、また配管Ｒと配管Ｗとを連結する。
この切換操作は手動またはタイマー等を用いた自
動のいずれの手段でも行なえる。

かかる操作の後、まず蓄熱タンク９内の温水１
７を上部吐水口１２から配管１を経て熱交換機２
０に導き、ここで熱交換機２０の空気取入口２１
から取り込まれる空気（矢印ｄで示す）との熱交
換により空気を加熱し自らは冷却されて配管Ｊを
通り、下部給水口１３から再び蓄熱タンク９に戻
す。そして暖められた空気は空気排出口２２から
矢印ｃに示す如く温室内に放出される。

この暖房方法において蓄熱タンク９からの温水
温度を40℃、またその供給量を毎分7.5、他方
温室内空気の温度を12℃とすれば熱交換機２０に
より21℃の空気を供給することができ、毎時
11700Kcalの暖房能力が得られる。なお温水は熱
交換後は14℃の温度になり、蓄熱タンク９の温水
が冷水に置換される時間は上記毎分7.5の供給
量で８時間弱である。

次に上記熱交換機２０による暖房で不十分の場
合は、地下水を熱源としてヒートポンプを運転す
る。すなわち第１図において例えば井戸１９から
汲み上げた地下水１８を配管Ｆ、切換弁１６、次
いで配管Ｅ、循環ポンプ６を経て水−冷媒熱交換
器４に導き、ここで冷媒に熱を与え、自らは冷却
された後、配管Ｄ、切換弁１５、配管Ｇを経て排
水される。

他方、このときのヒートポンプの運転を第３図
を参照して説明すると、コンプレツサー３からの
圧縮高温ガスは配管Ｑ、切換弁４０次いで配管Ｖ
を経て空気−冷媒熱交換器２に入り、室内空気と
の熱交換で自らは冷却されて高圧の液体となる。
次いで配管Ｕ、逆止弁３７を経て膨張弁５に至
り、ここで減圧された液体となつた後、配管Ｔ、
逆止弁３８、配管Ｓを通つて水−冷媒熱交換器４
へ導かれ、上記地下水１８との熱交換で熱を受け
取つてガス化され、配管Ｒ、切換弁４０、配管Ｗ
を経て再びコンプレツサー３に戻り上記サイクル
を繰り返す。

かかるヒートポンプの運転により、熱交換ユニ
ツト１に取り込まれる温室内空気は空気−冷媒熱
交換器２で加熱され、送風機７により空気排出口
８から放出される。

かくして、地下水を熱源として温風を供給する
ことができ、この場合例えば3.75KWのヒートポ
ンプにおいて、地下水の温度を16ないし17℃、で
供給量を毎分28、また温室内空気の温度を12
℃、熱交換ユニツト１への吸引量を毎分110m³と
すると、放出される温風の温度は約20℃、排水さ
れる地下水温度は８℃前後となり、毎時
15600Kcalの暖房能力が得られる。

また本発明の他の実施例として第１図に示す如
く、貯水タンク３１および３２を配管ＬおよびＭ
で連結して配設し、これら貯水タンク３１および
３２に地下水を蓄えておき、これを夜間に使用し
て暖房を行うことができる。

この場合は昼間図示せぬ地下水供給装置により
配管Ｋ、下部給水口３３を介して貯水タンク３１
および３２に地下水を満たしておき、使用時には
下部吐出口３４、配管Ｎを介して配管Ｆに地下水
を供給する。

かかる方法によれば、昼間地下水を例えば毎分
10〜15の小水量で蓄水することができるため、
小さな井戸でも利用することができ、また汲み上
げ用ポンプなども小型ですむため設備の縮小、費
用の節減に効果がある。また貯水タンク３１およ
び３２を温室内に配置すれば、蓄えた地下水の保
温効果もある。

更に貯水タンク内の地下水と井戸から汲み上げ
た地下水の両方を利用するので、小さな井戸でも
大水量の地下水を使用することができ、大きな暖
房効果が得られる。

次に上述した本発明の方法の具体的数値例を、
常時12℃以上の栽培温度を必要とする温室を利用
したきゆうり栽培について説明する。

きゆうり栽培における暖房期間は一般に11月か
ら翌年の４月までで、この間平均して日中温室内
温度25℃以上で６時間の集熱が行なえる。そこで
床面積1000m²の温室で前記3.75KWのヒートポン
プをもつ熱交換ユニツト１と水対空気対向流型熱
交換機とよりなる本システムを２セツト配設し、
これらを１台当り前述した15600Kcal／ｈの蓄熱
能力および14000Kcal／ｈの冷却除湿能力で運転
すると、６時間で冷却除湿能力は14000×２×６
＝168000Kcal、蓄熱能力は15600×２×６＝
187200Kcalとなる。そして1000m²の温室で利用
できる入射利用可能熱量300000〜400000Kcalに
対して上記冷却除湿能力は168000Kcalであるの
で蓄熱能力が損なわれることはない。また蓄熱と
同時に冷房除湿が行なえるため空気の流動が促進
され温室内の環境条件の均一化ができる効果があ
る。

なお昼間における植物の蒸散量は多く温度上昇
熱量すなわち顕熱１に対し潜熱２の割合であるの
で集熱量は主に水蒸気の凝縮熱である。

他方、夜間は前述した水対空気対向流型熱交換
機２０の暖房能力11700Kcal／ｈ、また熱交換ユ
ニツト１の暖房能力15600Kcal／ｈで８時間暖房
を行うとすれば、該熱交換機１台と熱交換ユニツ
ト１台とで合計27300Kcal／ｈの暖房能力を発揮
することができ、８時間で本システム１セツトあ
たり27300×８＝218400Kcalの暖房能力がある。
そしてこれら装置を２セツト配設すれば1000m²の
温室においては厳寒期の短い期間を除くほとんど
全期間の暖房を行うことができる。

また従来はヒートポンプに直結した温水放熱機
として２台の水対空気対向流型熱交換機を必要と
したが、本発明の方法では１台で足り、そのため
ヒートポンプ１台当りの暖房能力は約1.8（27300
÷15600）倍となる。これはヒートポンプの動力
としては約２倍の7.5KWに相当する。よつてヒ
ートポンプの必要最小限の運転により有効な暖房
を行うことができる。なお実際の運転においては
上記数値例に限るものでなく、状況に応じて配管
流量などを調節して適度な暖房を行うことが可能
である。

以上のように本発明の方法では、昼間主として
温室内空気の水蒸気の凝縮熱を熱源とするため温
室内温度を下げることがなく、また地下水の使用
が少ないので節水の効果がある。

また本発明の方法は夏期には昼間の運転方法に
より地下水を熱源とすることにより冷風を吹き出
し冷房を行うこともできる。

(7) 発明の効果 以上詳細に説明した如く本発明の暖房方法によ
れば、従来に比べ小さな設備でその約２倍の暖房
能力を発揮でき、また熱源とする地下水を節約で
きるほかに、ヒートポンプを常時運転する必要が
なくまた昼間は蓄熱とともに冷却除湿を行うこと
ができるため、エネルギーの有効利用、費用の節
減、装置設置の簡易化に効果大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例を説明するための暖房装
置の系統図、第２図および第３図は昼間および夜
間におけるヒートポンプの運転を説明するための
ヒートポンプの系統図である。 １……熱交換ユニツト、２……空気−冷媒熱交
換器、３……コンプレツサー、４……水−冷媒熱
交換器、５……膨張弁、６……循環ポンプ、７…
…送風機、９……蓄熱タンク、１５，１６，４０
……切換弁、２０……水対空気対向流型熱交換
機、３１，３２……貯水タンク、３５，３６，３
７，３８……逆止弁、Ａ〜Ｎ，Ｑ〜Ｗ……配管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 地下水を利用した温室の暖房方法にして、ヒ
   ートポンプ、蓄熱タンク、および水対空気対向流
   型熱交換機を温室内に配設し、上記ヒートポンプ
   と蓄熱タンクとを循環ポンプ、切換弁を介して配
   管で結び、また水対空気対向流型熱交換機と蓄熱
   タンクとを配管で結び、これら装置により昼間温
   室内空気を熱源としてヒートポンプを運転し、上
   記蓄熱タンク内に温水を蓄えるとともに温室内の
   冷房除湿を行い、夜間は前記蓄熱タンク内の温水
   を熱源として水対空気対向流型熱交換機を運転
   し、また地下水を熱源としてヒートポンプを運転
   し、温室内の暖房を行うことを特徴とする温室内
   暖房方法。 ２ 地下水を利用した温室内の暖房方法にして、
   ヒートポンプ、蓄熱タンクおよび水対空気対向流
   型熱交換機を温室内に配設し、また貯水タンクを
   設け、上記ヒートポンプと蓄熱タンクとを循環ポ
   ンプ、切換弁を介して配管で結び、また水対空気
   対向流型熱交換機と蓄熱タンクとを配管で結び、
   これら装置により昼間温室内空気を熱源としてヒ
   ートポンプを運転し、上記蓄熱タンク内に温水を
   蓄えるとともに温室内の冷房除湿を行い、また昼
   間上記貯水タンク内に地下水を貯水し、夜間は前
   記蓄熱タンク内の温水を熱源として水対空気対向
   流型熱交換機を運転し、また上記貯水タンク内の
   地下水と供給地下水とを熱源としてヒートポンプ
   を運転し、温室内の暖房を行うことを特徴とする
   温室内暖房方法。