JPH0387121A - 温室へ供給する熱量を低減化する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光量レベルが低い期間における温室の熱負荷
を減ずる方法及び装置に関し、更に詳しくは、温室内の
夜間の熱負荷を減ずることに関する。

（従来の技術及び発明が解決すべき問題点）野菜や花な
どの農作物は、世界中で温室で大規模に生産されている
。日中は、温室内で成長する農作物は水蒸気を温室内へ
とり込み、空気中から二酸化炭素をとり入れる。地域的
条件或いは季節的条件によっては一日中熱を温室内に加
えることが必要である。ある地域では、熱は夜間のみ必
要である。

温室における熱負荷を減ずるために、温室をプラスチッ
ク薄膜で覆い、適当な費用で合理的な断熱構造を得るよ
うにすることが知られている。この例は第１図に示され
ており、これは、温室を加温するため、温室内に慣用の
空間加熱器を設けるようにしたものである。これより進
んだ構造は第２図に示されており、この例では温室はプ
ラスチック薄膜で二重に断熱保温されている。断熱の程
度にかかわらず、経験によれば、夜間の加温温室内では
、温室外空気よりもしばしば温度が高く、光の強度が低
いため植物が無活動状態であってもその発汗作用により
、温室内の湿度レベルが著しく高い場合がある。温室が
十分に覆われれば覆われるほど、温室壁及び植物の冷た
い部分に対する凝縮熱量は大きくなる。湿度が高いため
に生ずる植物病を抑制するためには、夜間に、温室を周
期的に換気して過剰な水蒸気を除去する必要がある。

このような状態は、光のレベルが低い比較的寒い季節で
あっても生ずる。

温室の換気中、温室の天井に近く浮揚している暖い、湿
った空気は天井の選択作動換気口から除去され、それに
かわってより冷たい、より濃密な外気が温室内の床及び
植物に向【ノて流れ込む。温室内の湿度はかくして減し
るけれども、温室内の温度も下がる、という代償を払わ
なければならない。生長する植物に対して適切な温度を
維持する勺シ ためにはヒーターが備えし、温室内部の温度を適切なレ
ベルに戻すよう作動する。夜間或いは寒い季節には封体
（温室）の加温及び換気が、しばしば第４図に示される
ように、温室内部を周期的に加温し冷却する時間表に従
って周期的に行われる。

第４図に示す時間表上部にはヒーターの作動が示され、
その下部には、換気が周期的に行われる結果として、温
室内の湿度と温度の周期的な変化が示される。

実際的な経験からみると、温室における熱負荷の問題は
取るに足りないものではない。このことは、換気により
除去される湿分を含んだ空気が、大気中に相当量の熱（
この熱には換気される蒸気中に含まれる潜熱、及び空気
中の顕熱が含まれる）をも放出することを考えれば理解
できる。放出される熱は、ヒーターにより補充されなけ
ればならない。

温室における熱負荷は、湿気を減ずるため、温室内で直
接接触型空気−ブライン−蒸気熱交換器を用いることに
より減ずることができる。熱交換器は以下に示すように
使用される。日中、熱交換器中のブラインは吸湿性であ
る。なぜなら、空気／ブライン境界面における蒸気圧は
、一定温度下では、空気中の水蒸気の蒸気圧よりも低い
からである。温室内蒸気の潜熱凝縮のより効果的な使用
のためのこのようなアプローチは、１９８７年１１月２
４日に付与された米国特許第４．７０７．９９５号及び
１９８９年４月１１日に付与された米国特許第４．８１
９．４４７号に開示されている。これらの特許には、ブ
ラインの蒸気凝縮により解放された潜熱を封体内のブラ
インに一時的に保蔵し、次いで封体内の空気がブライン
よりも通常冷たい夜間に、封体内の空気をブラインと接
触させることが開示されている。かくしで、日中温室か
ら抽出され一時的にブラインに保蔵される熱は、夜間に
、ブラインの顕熱から封体内の空気に戻される。このよ
うな方法は、比較的寒い季節でもまた光量レベルが低い
時でも行うことかできる。

この方法は温室内の熱負荷の軽減をもたらすものである
が、夜間温室中に使用されるブラインの温度が、ブライ
ンに吸湿性が生じない温度である可能性を高めるもので
ある。その結果、濃縮ブラインの水蒸気凝縮により日中
温室から抽出される熱を保蔵し、夜間封体内に戻す一方
、夜間には、ブラインからの水の蒸発により、付加的な
湿気が温室内に導入されるかもしれない。このような状
態の場合、夜間に換気が行われるようにして、このよう
な余分の水蒸気を除去して温室内の湿気を種々の植物病
を抑制しうるレベルに保持することが必要であろう。

周期的な換気のために必要な、温室の熱負荷を減ずるた
め多くの努力がなされている。本発明の目的は従って特
に光量レベルが低い時における温室内の熱負荷を減ずる
ための、新規で改善された方法及び装置を提供すること
を目的とする。

（発明の要約） 本発明によれば、封体内空気の対流による、植物覆蓋を
横断する空気流量である浮揚流束を減ずることにより、
植物を収容する封体の熱負荷が軽減される。実験的に、
封体内空気の発汗、従って０ 植物が空気中に放散する湿気の量は、植物覆蓋を横切る
熱の対流速度を減ずることにより減少できることがわか
った。

植物覆蓋を横断する熱対流の減少は、夜間などの光のレ
ベルが低い期間における温室内の換気をなくするか或い
は著しく減ずることにより、達成できる。これは、光レ
ベルが低い期間に温室内空気を加熱しかつ脱湿すること
により達成できる。

（実施例及び問題点を解決するための手段）第１図に関
し、参照番号ＩＯは従来型の温室を指し、これは単層の
プラスチック薄膜或いはガラスの断熱層、地面レベルに
位置する従来の加熱ユニット１１、温室天井に選択的に
作動する羽根１２の形の従来の換気装置、を含む。植物
１３は、温室の地表面から生育することが示されている
。花類の場合孔のつぼみ及び葉を含む植物の実質的な全
長、果実類或いは野菜類の場合果実植物或いは野菜及び
葉の全長が、本明細書では「植物覆蓋」を構成する。

好ましくは、温室内換気のため選択的に羽根１２１ を作動させるよう、制御システム（図示せず）を設ける
ようにする。羽根が開くと、温室内上部の暖かい、湿っ
た空気が天井開孔から上昇して排気され、その代りに冷
たい、より濃密で乾いた空気が下方に入ってくる。

第２図の番号１５は、プラスチック薄膜或いはガラスの
二重層１６が使用されているより断熱された温室を示す
。この種の温室は、−数的に選択作動天井換気口１７及
び側部入口１８を有する。地表面にヒーター１９が、湿
気を減ずるために周期的な換気を行うことに伴い、温室
を暖めるために設けられている。

研究の結果によれば、第１図に示す構成の温室の場合、
夜間などの光量が少い期間では換気は比較的少くてよい
が、温室壁で凝縮量は大きく、また植物の発汗量が比較
的大きいことがわかった。

第２図に示す温室の場合、夜間などの光レベルが低い期
間では比較的大量の換気が必要であり、発汗量は比較的
大きかった。第１図及び第２図の構成のいずれの場合で
も、温室の熱負荷は比較的２ 大きい。なぜなら、低光量期間に植物の健康に受けいれ
られるレベルに湿度を維持するためには、換気が必要で
あるからである。このような換気は、しかし、加熱によ
って補わなければならない潜熱及び顕熱を温室から奪う
。

実験によれば、光量が少い期間における植物発汗は、温
室内の浮揚流束と高い相関性があることがわかった。「
浮揚流束（ｂｕｏｙａｎｃｙ　ｆｌｕｘ）　Ｊなる用語
は一般的に、植物覆蓋を通る熱対流量を指す。

より技術的には、浮揚流束は、植物覆蓋を横切って暖い
空気が上昇し冷たい空気が降下する熱対流により生ずる
空気１単位あたりの、機械的運動エネルギーの単位であ
る。浮揚流束Ｂは下記式により表わされる： （１）　　Ｂ＝　（ｇ）　　［Ｗ”　Ｔ′コ式中、ｇは
重量定数； Ｔは封体内空前温度（’　Ｋ）； Ｗは縦空気速度Ｗにおける変動値であって、Ｗ＝Ｗ＋Ｗ
’　　； ３ Ｔ゛は空気温度Ｔにおける変動値であって、Ｔ＝下十Ｔ
Ｉ　　。

ＸはＸオーバータイムの平均値； ［Ｗ’　Ｔ’　］はＴ′平均オーバータイムを乗じたＷ
′　；である。

第１図の構成の温室における植物は、同じ環境で低い光
レベル条件の場合、第２図の構成の温室における植物よ
りも、より多くの水蒸気を生ずる。

温室内の湿気を減ずるための従来の方法は苛らだたせる
結果をもたらすだけであり、第３図の正のフィードバッ
ク図かられかるように加熱要件を増す結果となる。夜間
のような低光量レベルの期間中植物は水蒸気を生じ、湿
気を植物にとって不健康なレベルにまで増大させるから
、植物に受は入れられるレベルまで湿気を減ずるために
温室の換気が必要である。しかしこのことは換気される
蒸気中に含まれる潜熱のみならず、蒸気及び空気中の顕
熱をも除去することになるため、温室換気による大気中
への熱損失を補充するための加熱が必要である。植物は
換気及び加熱により温室内の空工４ 気流が植物覆蓋を通って対流するから、より多くの水蒸
気を出すようになる。第４図は、温室の加熱及び換気サ
イクルの循環的な態様を示す。その結果として、植物に
負担が加わりまた温室の熱負荷が大きくなる。

この問題は、温室内の浮揚流束の結果であると判断され
た。即ち、第１図の構成の浮揚流束は、第２図の構成の
浮揚流束よりも比較的高い。実際上の経験からは、同様
の温室で同じ環境条件では、断熱が不十分で従ってより
大きな加熱が必要な場合、温室の浮揚流束がより大きく
植物はより多くの水蒸気を生ずることがわかった。

温室内の浮揚流束を減ずることにより、即ち光量レベル
が低い期間、熱空気流による植物覆蓋を横切る空気量を
減ずることにより、この期間に温室への熱負荷を減ずる
ことができよう。浮動流速を減ずるため、温室は十分に
断熱されていなければならず（それにより温室に供給し
なければならない熱の量を減じられる）、湿気を例えば
熱ポンプ機構などの潜熱コンバータにより温室から除き
、５ それにより温室換気の必要性を減ずるようにしなければ
ならない。低光量条件下の植物発汗を減ずることにより
、温室の熱負荷を減じる負のフィードバック状態を作る
ことができる。

本発明の実施に適当な潜熱コンバータは、空気中の水蒸
気の凝縮を行うため、温室内空気に冷い面をさらす熱ポ
ンプであって、通常潜熱がその熱ポンプの有機流体エバ
ポレータ（蒸発器）の有機流体に移動するようにするも
のである。吸収され有機流体中に保持される熱の温度を
あげるためコンプレッサが使用され、この熱は、ヒート
ポンプの有機流体凝縮器により温室空気に戻される。好
ましい潜熱コンバータは、しかしながら米国特許第４．
７０７．９９５号、４．８０３．８４６号或いは４．８
１９．４４７号に開示されるような型、もしくは米国特
許出願第３１６９１５号（１９８５年９月２６日出願）
、３１６．９１５号（１９８９年２月２８日出願）に開
示されるような型の、空気−ブライン−−蒸気型熱交換
器である。

このような熱交換器では、タンクの濃縮プラインは、温
室からの空気が通過するスクリーン構造の薄い６ フィルムとして用いられる。吸湿性であるため、空気中
の水蒸気はこのプライン上で凝縮してその潜熱をプライ
ンに与える。別の構成は第５図（地表面にヒーターが設
けられている）及び第６図（天井にヒーターが設けられ
ている）に示されている。

両図に示されるいずれの構成でも、十分に断熱された温
室が使用される。温室内の熱交換器は、夜間などの低光
量レベルの期間中作動する。このような期間では、ヒー
ターは、温度を望ましいレベルに維持するため必要に応
じて作動するようにする。このようにして温室の換気は
最少限に抑えられる。換気が最少限となるから植物覆蓋
を通る空気流も最少限となる。その結果、このような期
間の植物発汗は最少限となり、温室内の熱負荷もそれに
応じ減少する。

熱交換器の好ましい型は、上記特許及び特許出願に開示
されるような熱交換器であるが、これらに記載される熱
交換器のより詳細な説明は、ＨｅａｔＲｅｃｏｖｅｒｙ
　Ｓｙｓｔｅｍｓ、　Ｖｏｌ、　６．　Ｎｏ、　５．３
６９−３７９ページ、７ １９６６年の論文ｒＬＨＣ−Ｔｈｅ　Ｌａｔｅｎｔ　Ｈ
ｅａｔ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　Ｊに示されている。この
ような型の熱交換器は、封体内への、或いは封体内から
の換気を最少限にすることができ、かくして浮揚流束を
最少限にしうる。なぜなら、換気を最少限にする時には
、封体内の加熱空気は封体頂部に集まるからである。潜
熱コンバータ或いはヒートポンプの効率を高めるために
は、夜間熱スクリーンと呼ぶことができる断熱補足層を
、夜間、封体に適用して、熱損失に対して補足的な熱保
護をするようにしてもよい。

第５図かられかるように、よく断熱された温室２０は、
温室内空気を脱湿するための熱交換器２１を含む。植物
が不活動的であり周囲温度が日中よりも低い夜間などの
低光量レベルの期間には、温室の換気は最少限となる。

かくして、温室内の湿度センサに応動する制御部２４に
よりその作動が制御される換気口２３は、換気、加温、
換気の正常なサイクルが休止するように調節される。脱
湿器２１は一定のエンタルピー条件下で作動して温室内
空気を脱湿し、プライン上で蒸気が凝縮すると空気中８ の水蒸気からの潜熱をひき出し顕熱に変え、顕熱は殆ん
ど直ちに温室内空気に戻される。脱湿器２１と連動して
作動するヒーター２５は、実質的に低いレベルで作動し
て温室内の浮揚流束を減じ、植物の発汗量を減じ、これ
らすべてが重なってシステムの全エネルギー要求量が減
じる。

本発明の別の実施態様においては、米国特許第４、８０
３．８４６号に開示されたような型の熱交換器を使用す
ることができる。第７図に示されているように、タンク
１１ｇのブラインは空気−ブライン蒸気熱交換器５０（
ブラインシャワーとして示されている）にポンプされ、
好ましくはよく断熱された温室１３８内部の空気は送風
機５１の作動により熱交換器５０を通る。ブラインは空
気と接触して空気中の水蒸気を吸収した後、タンク１１
８に戻る。封体内の空気は熱交換器５０から出た後、閉
止型熱交換器５２により、必要により熱が供給される。

閉止型熱交換器５２には、希釈ブラインを再生するため
に使用されるボイラー５３からの加熱水が供給される。

９ 希釈ブラインの再生は、送風機５４を作動させることに
より封体内から引き出され大気中へ換気される空気に、
タンク１１８に集められた希釈ブラインを接触させるこ
とにより行われる。ブラインは、ボイラーから水を供給
された熱交換器により空気がブラインの温度よりも高く
加熱された後で、６０で空気と接触する。その結果、希
釈ブラインは水を空気に放出して、タンク１１８に戻る
前に濃縮される。空気−ブライン−蒸気直接接触型熱交
換器５６で比較的高いブライン流量（１時間あたりほぼ
１０００リツトル）を確保しうるように、タンク５５及
びポンプ５３には濃縮ブラインが供給され、このブライ
ンはオーバーフロー管６１を経由してタンク１１８に戻
る。換気される空気中に含まれる熱は引き出されて封体
に戻るが、これは、−側面が封体内空気と接触する熱交
換面５８、及び伝熱式熱交換器の役割をなし、゛封体内
に入る空気に熱を与える熱交換面６２、を設けることに
より可能になる。かくして再生器により好ましくは単独
で排気される空気の代りに封体内に入る空気が加熱され
、浮揚０ 流束はかくして減少する。好ましくは、熱交換面５８を
横切る封体空気の流量は比較的大きく　（例えば約１０
．０００ｋｇ／時間）、ファン（図示せず）が封体空気
の流れを高めるために使用することが好ましい。熱交換
面５８を横切るこのような空気流量は、再生器を通り熱
交換面６２を横切って流動する空気の流量（例えば約２
０００ｋｇ／時間）よりも大きい。

封体内への空気入口は、好ましくは封体上部に設けて浮
揚流束を更に減ずるようにする。別の実施態様として閉
止型熱交換器５２及び５６を省略するようにしてもよく
、この場合加熱は、例えば米国特許第４．８０３．８４
６号に記載されているような煙道ガスを用いて行っても
よい。

以上の説明は低光量レベルの期間の例として夜間につい
て述べているけれども、本発明は寒冷な季節、くもりが
ち、霧の多い季節或いは雨の多い季節などの期間につい
ても適用可能である。

本発明方法及び装置により得られる利点及びすぐれた結
果は、本発明の好ましい実施態様についての以上の説明
から明らかであろう。種々の変更１ 及び改良が、請求の範囲に記載の精神を逸脱することな
く考えられよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、通常型の密閉構造を有する慣用の温室の説明
図； 第２図は、従来の二重密閉型温室の説明図；第３図は、
夜間などの低光量期間中における正のフィードバック状
態を示す流れ図であって、そのような期間中の植物の発
汗により湿度が増加しこの湿度を減ずるために換気が必
要であり、換気の結果外部源から補足的な熱の補充が必
要であり、熱の補充自体によって植物覆蓋を通る熱対流
が増大して更に発汗を生ぜしめ、そしてこの更に発汗が
行われる結果型に換気が必要であることを示す；第４図
は、夜間などの低光量期間中、温室の周期的な換気及び
加熱の結果として、加熱サイクル、及び湿度と温度のサ
イクルを示す二つの図である；第５図は、ヒーターが地
表面近くに配置されており、空気−ブライン−蒸気型熱
交換器が本発明により空気の脱湿を行うべく使用されて
いる温室２ の断面図； 第６図は、第５図と同様の図であるがヒーターが上部に
配置されている；また 第７図は、本発明による温室内環境の制御状態を示す温
室の概略図である。 図中の番号２０は断熱された温室、２１は熱交換器（脱
湿器）、２２は植物、２３は換気口、２５はヒータ、５
６は直接接触型熱交換器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、植物覆蓋を横切る加熱空気対流量を減ずることによ
   り、低光量レベルの期間中、生育する植物を収容する温
   室の熱負荷を減ずる方法。 ２、前記期間中、温室の換気、加熱及び脱湿処理を最少
   にする段階を含む請求項１記載の方法。 ３、温室を脱湿する段階を、温室空気にさらされる冷た
   い面を有するヒートポンプを利用することにより実施す
   る請求項２記載の方法。 ４、温室を脱湿する段階を、空気−ブライン−蒸気直接
   接触型熱交換器を用いて実施する請求項２記載の方法。 ５、低光量レベル条件下の温室植物の発汗を制御するた
   め、潜熱コンバータを用いる方法であって、下記： イ）低光量レベル期間中温室換気を最少にし；ロ）前記
   期間中温室を加熱し；そして ハ）前記期間中、潜熱コンバータを用いて温室内空気を
   脱湿する；段階を含む方法。 ６、温室を脱湿する段階を、温室内空気にさらされる冷
   たい面を有する熱ポンプを用いて実施する請求項５記載
   の方法。 ７、温室を脱湿する段階を、一定エンタルピー条件下で
   空気を脱湿する空気−ブライン−蒸気直接接触型熱交換
   器を用いて実施する請求項５記載の方法。 ８、温室内空気を脱湿する際に生ずる凝縮潜熱を、温室
   内空気に戻すことを含む請求項５記載の方法。 ９、下記段階； イ）温室構造を断熱処理して構造から逃げる顕然を減少
   させ； ロ）低光量期間中温室を加熱し； ハ）前記期間中温室換気を最少にし； ニ）温室空気を脱湿する；ことを含む温室作動方法。 １０、温室空気を脱湿する段階を、ヒートポンプを用い
   て実施する請求項９記載の方法。１１、温室空気を脱湿
   する段階を、空気−ブライン−蒸気直接接触型熱交換器
   を用いて実施する請求項９記載の方法。 １２、熱交換器の構造が、熱交換器のブライン上で温室
   空気中の蒸気凝縮をすることにより生ずる潜熱により、
   ブラインの顕熱を増加するよう、そしてその顕熱を温室
   空気に戻すよう、設計されている請求項１１記載の方法
   。 １３、イ）植物覆蓋を有する生育する植物を収容する温
   室；及び ロ）低光量期間中、覆蓋を通る熱空気対流の量を最少に
   する手段；を有する装置。 １４、前記温室が、温室を選択的に換気する換気手段；
   夜間などの低光量期間中温室の換気を最少にする手段の
   制御手段；前記期間中温室を加熱する加熱手段；及び前
   記期間中温室を脱湿する脱湿手段；を有する請求項１３
   記載の装置。 １５、前記脱湿手段が、脱湿手段により凝縮される蒸気
   中に含まれる潜熱を温室空気に渡すよう設計されている
   請求項１４記載の装置。 １６、潜熱コンバータが、空気−ブライン−蒸気直接接
   触型熱交換器の形である請求項１５記載の装置。 １７、下記手段： イ）温室空気をタンクから供給される濃縮ブラインと接
   触させて、温室空気を脱湿することにより希釈ブライン
   をつくってタンクに戻すようにするための第一空気−ブ
   ライン−蒸気熱交換器；ロ）温室空気を大気中に排気す
   る手段； ハ）温室から排気される空気と接触させるための、前記
   タンクからのブラインを供給される第二の空気−ブライ
   ン−蒸気熱交換器； ニ）排気される空気を、前記第二熱交換器と接触させる
   前に加熱する手段； ホ）空気と接触したブラインがタンクに戻る前に濃縮さ
   れ、排気される空気の温度を増加させるため、前記加熱
   される空気によりブラインから水分を蒸発させるよう構
   成した前記第二の空気−ブライン−蒸気熱交換器；及び
   、 ヘ）湿度を増加した空気に応動し、それに含まれる熱を
   温室に戻すための熱交換器手段；を含む請求項１３記載
   の装置。 １８、前記第一熱交換器が、一定のエンタルピー条件下
   で作動するよう構成した請求項１７記載の装置。 １９、前記低光量レベルの期間が夜間を含む請求項１記
   載の方法。 ２０、前記低光量レベルの期間が夜間を含む請求項５記
   載の方法。 ２１、前記低光量レベルの期間がくもりがちの季節を含
   む請求項５記載の方法。 ２２、前記低光量レベルの期間が夜間を含む請求項９記
   載の方法。 ２３、前記低光量の期間が夜間を含む請求項１３記載の
   装置。 ２４、前記低光量の期間がくもりがちの季節を含む請求
   項１３記載の装置。