JPH1098948A

JPH1098948A - 土壌加温方法

Info

Publication number: JPH1098948A
Application number: JP8257195A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Taniguchi; 谷口　　正幸; Hitoshi Imamura; 等今村; Jun Yokoyama; 順横山
Original assignee: Japan Oxygen Co Ltd; Nippon Sanso Corp
Current assignee: Japan Oxygen Co Ltd; Nippon Sanso Corp
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1998-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】容易に実施でき、かつエネルギー効率が高
く、しかも土壌を迅速かつ安定的に加温できる土壌加温
方法を提供する。【解決手段】柔軟性材料からなり、かつ多数の微細孔
を有する多孔質管１を土壌中に埋設し、多孔質管１内
に、該土壌より高温の温水を流し、多孔質管１の微細孔
を通して前記温水を土壌中に供給して土壌を加温する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、施設栽培場、路
地、サッカー場、野球場、ゴルフ場、緑化施設、競馬施
設の馬道などの土壌を加温する方法に関するものであ
り、特に、容易に実施でき、かつエネルギー効率が高
く、しかも土壌を迅速かつ安定的に加温できる土壌加温
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、施設栽培場においては、暖房装置
を用いて栽培場室内の気温を最適化し、作物の生産性を
高めることが行われている。しかしながら、メロン、ナ
ス、ピーマン、キュウリなどの、栽培時の最適温度が高
い作物を栽培する場合、特に冬季にこれら作物を促成、
反促成、あるいは抑制栽培する場合には、栽培場室内の
気温を最適化しても、地温が低いために充分な生産性を
得ることができないことがある。また、上記以外の作物
においても、地温を高めることによって生産性の向上を
図ることができることが知られている。このため、地温
を高めるために、土壌を加温することが行われている。
土壌を加温する方法としては、温水加温法、醸熱加温
法、電熱加温法等が用いられている。

【０００３】上記温水加温法は、硬質ポリエチレンや塩
化ビニルからなる放熱管を土壌中に埋め込み、この放熱
管内にボイラー等で加温した温水を通し、この放熱管を
介して土壌に熱を伝え、加温する方法である。また醸熱
加温法は、稲わらや落葉等の発酵材を土壌中に埋め込
み、この発酵材を土壌中で発酵させ、発酵の際の発酵熱
を利用して土壌を加温する方法である。また電熱加温法
は、抵抗線等の発熱体を土壌中に埋め込み、これを通
電、発熱させて土壌を加温する方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記土
壌加温方法では、次に示すような問題があった。温水加
温法では、放熱管がかさばるため、放熱管の設置、運搬
に多大な労力を必要とする問題があった。また、放熱管
を介して間接的に土壌に熱を伝えるため、エネルギー効
率が悪い問題があった。さらには、放熱管から放出され
た熱が土壌の熱伝導によってのみ土壌中に広がるため、
目的とする範囲の土壌全体の加温に長時間を要する不満
があった。また、加温することによって放熱管の周辺の
土壌が乾燥するため、乾燥した土壌の熱伝導率が低下
し、加温効率が低下する問題があった。また、上記放熱
管を埋設した土壌上を通る重機等の踏圧により放熱管が
破損し、破損箇所から温水の一部が漏れ、これによって
安定的な加温ができなくなるおそれがあった。

【０００５】また、醸熱加温法では、発熱の持続期間が
短い問題があった。また発熱量が発酵材の性質によって
大きく左右されるため、発酵材の選択には熟練が必要で
あった。また、発酵材の確保が困難であるという問題が
あった。また電熱加温法では、上記発熱体の設置および
撤去に多大な労力、費用を必要とし、かつ運転コストが
高い問題があった。また発熱体の耐用年数が１〜２年と
短いため発熱体を定期的に交換する必要があり、コスト
が嵩む問題があった。

【０００６】また、サッカー場、野球場、ゴルフ場など
の芝地を有する競技場、特に冬季でも競技を行うサッカ
ー場では、芝の通年常緑化が望まれている。これら競技
場で用いられる芝としては、国産芝および西洋芝がある
が、国産の芝は冬枯れし、冬枯れしない西洋芝は夏の高
温多湿の気候に適応できない問題がある。そこで、夏季
には国産芝を用い、冬季には西洋芝に張り替えるなどの
対策がなされているが、芝の張り替えに多くの労力と費
用がかかるため、国産芝の冬枯れを防ぐ方法が要望され
ていた。

【０００７】また、競馬施設では、競争馬の蹄の保護の
ため、施設内の馬道を常時灌水し、これを軟らかい状態
に保つ必要がある。しかし冬季に気温が下がり、馬道に
灌水された水が凍結すると、馬道が蹄保護のため好まし
くなく、かつ滑り易い状態となり、馬道を使用できなく
なる。このため、馬道を加温し、その凍結を防ぐ方法が
要望されていた。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、容易に実施でき、かつエネルギー効率が高く、しか
も土壌を迅速かつ安定的に加温できる土壌加温方法を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の土壌加温方法
は、柔軟性材料からなり、かつ多数の微細孔を有する多
孔質管を土壌中に埋設し、該多孔質管内に、該土壌より
高温の温水を流し、該多孔質管の微細孔を通して前記温
水を土壌中に供給して土壌を加温することを特徴とする
ものである。また、前記多孔質管の埋設深さを、５〜３
０ｃｍとするのが好ましい。また、前記多孔質管に、
圧力水頭１〜５０ｍ、流量０．０５〜２．０ｃｍ³／ｓ
／ｍで温水を供給するのが好ましい。

【００１０】本発明の土壌加温方法は、柔軟性材料から
なり、かつ多数の微細孔を有する多孔質管を土壌中に埋
設し、該多孔質管内に、該土壌より高温の温空気を流
し、該多孔質管の微細孔を通して前記温空気を土壌中に
供給して土壌を加温することを特徴とするものである。
また、前記多孔質管の埋設深さを、１０〜６０ｃｍとす
るのが好ましい。また、前記多孔質管に、圧力水頭０．
１〜１０ｍ、流量１〜１２ｃｍ³／ｓ／ｍで温空気を供
給するのが好ましい。

【００１１】また、前記多孔質管としては、その内径が
７〜２０ｍｍであり、肉厚が１．５〜３．０ｍｍであ
り、透水係数が１．０×１０^-8〜１．０×１０^-5ｃｍ／
ｓであるものを用いるのが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の土壌加温方法を実
施するための加温装置の一例を示すものである。ここに
示す加温装置１０は、加温媒体供給源３と、この供給源
３に接続された配管２と、この配管２に接続された複数
の多孔質管１とを備えて構成されている。この加温装置
１０は、複数の畝４が形成された施設栽培場５に設置さ
れており、多孔質管１は、畝４中央部に、畝に沿って埋
設されている。

【００１３】加温媒体供給源３は、水または空気を加温
し、加温した水または空気を配管２を通して多孔質管１
内に送ることができるようになっているものである。加
温媒体供給源３としては、重油、灯油、ＬＰＧ等を燃料
としたボイラーを有し、このボイラーで水または空気を
加温することができるものが好ましい。また既設の暖房
器、あるいはそれを熱源とした熱交換器や、太陽熱温水
器を利用したものでも良い。灯油を燃料とするボイラー
としては、出力２００００ｋｃａｌ／ｈｒ前後、あるい
はそれ以下のものを利用すると、小型で取扱いが容易と
なり、好適である。また、ＬＰＧを燃料とするボイラー
は、安価で、かつ小型である点で好ましい。配管２は、
塩化ビニル等の樹脂からなる配管である。

【００１４】多孔質管１は、一端が配管２に接続され、
他端が封止されている。多孔質管１としては、管壁に数
十〜数百μｍ程度の微細な連続孔が無数に形成され、透
水性および通気性を有する管が用いられる。この微細連
続孔は発泡成形あるいは熱溶融しない粉体を用いる粉体
成形により管壁に形成できるものである。また、この管
の空隙率は２５〜４０％であることが好ましい。この多
孔質管１の内径は５０ｍｍ以下、特に７〜２０ｍｍとす
るのが好ましい。この内径が７ｍｍ未満であると、スム
ーズな温水または温空気の供給がしにくくなるため好ま
しくない。またこの内径が２０ｍｍを越えると、多孔質
管１を運搬、設置する際に取扱いしにくくなり、かつ原
料コスト面で不利となるため好ましくない。

【００１５】また多孔質管１の肉厚は、５ｍｍ以下、特
に１．５〜３．０ｍｍとするのが好ましい。この肉厚が
１．５ｍｍ未満であると、その強度が不足となり、３．
０ｍｍを越えると、原料コスト面で不利となるため好ま
しくない。

【００１６】多孔質管１としては、柔軟性の高い柔軟性
材料が用いられ、特にゴム粉末をポリエチレン等の樹脂
を結合剤として成形したものを用いるのが好適である。

【００１７】また多孔質管１は、埋設時などに破損する
ことがないよう、一定以上の強度を有することが好まし
く、例えば１５ｋｇ／ｃｍ²以上の引張強度（（ＪＩＳ
Ｋ６３０１準拠））を有するものとするのが好まし
い。また、多孔質管１に用いられる材料としては、軽量
のものを用いるのが好ましい。

【００１８】多孔質管１としては、透水係数が１．０×
１０^-8〜１．０×１０^-5ｃｍ／ｓであるものを用いるこ
とが望ましい。ここで、透水係数とは、下記の数式
（Ｉ）によって実験的に求められる数値である。Ｋ＝ＱＬ／ＡＨ・・・（Ｉ）式中、Ｋは多孔質管の透水係数（ｃｍ／ｓ）であり、Ｑ
は給水速度、即ち、この多孔質管１ｍあたり管壁から滲
み出る水の量（ｃｍ³／ｓ・ｍ）であり、Ｌは多孔質管
の肉厚（ｃｍ）であり、Ａは多孔質管１ｍあたりの表面
積（ｃｍ²／ｍ）であり、Ｈは多孔質管内の圧力水頭
（ｃｍ）である。

【００１９】上記透水係数Ｋが１．０×１０^-8ｃｍ／ｓ
未満であると、土壌への水または空気の供給量が不足す
ることがあり、また管壁の微細孔が詰まり易くなるため
好ましくない。また、透水係数Ｋが１．０×１０^-5ｃｍ
／ｓを越えると、多孔質管の長手方向に亙って均一に温
水または温空気を供給することが難しくなるため好まし
くない。

【００２０】上記透水係数は、多孔質管１の内径、肉
厚、管内の水または空気の圧力、流量等に応じて適宜設
定するのが好ましい。例えば、多孔質管の内径が７〜２
０ｍｍ、肉厚が１．５〜３．０ｍｍ、管内の圧力水頭が
２０ｍ以下の時には、透水係数Ｋを５．０×１０^-7〜
５．０×１０^-5とすると、多孔質管の長手方向に亙って
均一に温水または温空気を供給することできるため、好
ましい。また、透水係数Ｋを２．０×１０^-6〜２．０×
１０^-5とすると、管内圧が低圧でも充分な温水または温
空気の供給ができるようになるため、好ましい。また、
多孔質管１に流す加温媒体としては、水、または空気等
の気体を用いてよい。

【００２１】次いで、上記加温装置１０を用いた場合を
例として、本発明の土壌加温方法の一例を説明する。こ
の例の土壌加温方法では、まず、上記多孔質管１を土壌
中に埋設する。ところで、一般に、土壌中に水を供給す
ると、この水は重力によって土壌中の間隙を通り、深部
へ移動するもの（以下、重力水という）と、土壌粒隗の
接触界面における毛管力によって上下および水平方向に
拡散するもの（以下、毛管水という）とに分かれる。上
記毛管力は土壌の性質、乾燥度合い等により決まる一定
の値であるため、土壌への水供給の際には、一時に大量
の水を供給しても毛管水量は増加せず、過剰に供給され
た水は重力水となって流失する。

【００２２】このため、多孔質管１内に流す加温媒体と
して水を用いる場合には、多孔質管１を、深さ６０ｃｍ
以下、特に５〜３０ｃｍの位置に埋設するのが好まし
い。多孔質管１の埋設深さが５ｃｍ未満であると、大気
への放熱により加温効率が低下するため好ましくない。
また埋設深さが３０ｃｍを越えると、目的とする地表付
近の加温が効率的になされないため好ましくない。

【００２３】また、一般に、土壌より高温の空気を土壌
中に供給すると、この空気はその比重の小ささによって
地表から直ちに大気に放散するもの（以下、放散空気と
いう）と、土壌粒隗の接触界面を通って上下および水平
方向に拡散するもの（以下、拡散空気という）とに分か
れる。上記拡散空気の量は土壌の性質、乾燥度合い等に
より決まるものであるため、土壌への空気供給の際に
は、一時に大量の空気を供給しても拡散空気量は増加せ
ず、過剰に供給された空気は放散空気となって大気中に
逃散する。

【００２４】このため、上記加温媒体として空気を用い
る場合には、多孔質管１の埋設深さを、１０〜６０ｃｍ
とするのが好ましい。この埋設深さが１０ｃｍ未満であ
ると、多孔質管１より放出された空気が土壌に短絡路を
形成し、この短絡路を通って直ちに大気に放出されてし
まい、加温効率が低下する。また、埋設深さが６０ｃｍ
を越えると、目的とする地表付近の加温が効率的になさ
れず、また埋設作業に多大な労力を要するため好ましく
ない。

【００２５】次いで、加温媒体供給源３によって、水ま
たは空気を、少なくとも対象とする土壌より高温、通常
は３０〜６０℃まで加熱し、これを配管２を通して多孔
質管１内に送る。温水を用いる場合には、その流量を
０．０５〜２．０ｃｍ³／ｓ／ｍとするのが好ましい。
この流量が０．５ｃｍ³／ｓ／ｍ未満であると、土壌へ
の温水供給量が不足する。また流量が２．０ｃｍ³／ｓ
／ｍを越えると、上記重力水として流失する水の割合が
増加し、加温効率が低下する。

【００２６】また、温水を多孔質管１に流す際の温水の
圧力水頭は、１〜５０ｍとするのが好ましい。この圧力
水頭が１ｍ未満であると、土壌への充分な温水供給がで
きないため好ましくない。また、圧力水頭が５０ｍを越
えると、多孔質管１の始点と終点との間の圧力損失が増
加し、多孔質管１長手方向の均一な温水供給ができなく
なるため好ましくない。

【００２７】また温空気を多孔質管１内に流す際には、
その流量を１〜１２ｃｍ³／ｓ／ｍとするのが好まし
い。この流量が１ｃｍ³／ｓ／ｍ未満であると、温空気
供給量が不足する。また流量が１２ｃｍ³／ｓ／ｍを越
えると、上記放散空気の割合が増加し、加温効率が低下
する。

【００２８】また、温空気を流す際の温空気の圧力水頭
は、０．１〜１０ｍとするのが好ましい。この圧力水頭
が１ｍ未満であると、土壌への充分な空気供給ができな
いため好ましくない。また、圧力水頭が１０ｍを越える
と、多孔質管１の始点と終点との間の圧力損失が増加
し、多孔質管１長手方向に均一な温空気供給ができなく
なるため好ましくない。なお、空気を用いる場合には、
地表から大気中に逃散する温空気の量を減らすため、地
表をマルチングなどで被覆するのが好ましい。

【００２９】上記のようにして、温水または温空気を多
孔質管１内に流すと、この温水または温空気は多孔質管
１の微細孔を通して土壌中に浸出する。浸出した温水ま
たは温空気は、土壌中を拡散しつつ広がり、土壌を直
接、または土壌の熱伝導により間接的に加温する。

【００３０】上記のような土壌加温方法にあっては、柔
軟性材料からなる多孔質管を使用するので、該管を巻取
った状態として運搬、設置などの作業を行うことができ
る。このため、該多孔質管の運搬、設置が容易となる。
また、多孔質管１の保管に広い保管場所が不要となる。
また上記多孔質管は、柔軟性材料からなるので、重機な
どの踏圧にも耐え得る。よって多孔質管の破損事故を未
然に防ぎ、常に安定した加温が可能である。

【００３１】また、多孔質管を土壌中に埋設し、該多孔
質管を通して温水または温空気を土壌中に供給すること
によって、温水または温空気を土壌に接触させ、その熱
を土壌に直接的に伝えることができる。このため、目的
とする土壌を迅速に加温でき、かつ加温の際のエネルギ
ー効率を高め、運転コストを低減することができる。

【００３２】また、多孔質管を通して土壌に温水を供給
することによって、加温の際に土壌が乾燥し、その熱伝
導率が低下するのを防ぐことができる。このため、加温
効率を高く維持することができる。

【００３３】なお、多孔質管１は、設置場所の広さ、形
状に応じて、多孔質管１を、その端部同士、あるいは別
の配管に接続し、好適な長さ、形状のものに組み立てれ
ば良い。また多孔質管１は接続部で屈曲していても良い
し、枝分かれしていても良い。例えば、上記例では、図
１に示すように多孔質管１を配したが、これに限らず、
図２に示すように、加温媒体供給源３に接続された配管
２に多孔質管１の一端を接続し、他端を、排水用バルブ
６ａを有する配管６に接続しても良い。また、図３に示
すように、配管２と配管６とを配管７で接続するように
しても良い。

【００３４】

【実施例】ゴム粉体８０重量部と、ポリエチレン２０重
量部とを混合した後、押出成形し、成形時に管壁に微細
連続孔を形成し、連続孔を有する外径１４ｍｍ、内径９
ｍｍの多孔質管を作製した。この多孔質管の透水係数Ｋ
（初期値）は、４．０×１０^-6ｃｍ／ｓであった。

【００３５】上記多孔質管を複数本用意し、それぞれの
一端を封止した後、図１に示すように、その他端をポリ
塩化ビニル製配管２に接続し、この配管２に加温媒体供
給源３を接続した。加温媒体供給源３には、加温手段と
して、灯油を燃料とするボイラーを設け、加温媒体とし
ては水道水を用いた。これら多孔質管１を土壌中４０ｃ
ｍの深さに埋設し、加温媒体供給源３で５０℃または６
０℃まで加温した水道水を圧力水頭１５ｍで多孔質管内
に供給した。この際の水流量は、４０ｍｌ／ｓ・ｍに設
定した。

【００３６】上記条件で、２４時間の土壌加温試験を行
い、試験開始時と、試験終了時の多孔質管１の周囲の土
壌の温度を測定した。測定した点は、多孔質管１から地
表面までの間（鉛直方向）の、多孔質管１から１０、２
０、３０、および４０ｃｍ離れた部分、および多孔質管
１から水平方向に１０、２０、３０、４０、および５０
ｃｍ離れた部分とした。供給した温水の温度が５０℃の
時の鉛直方向および水平方向の温度分布を図４および図
５に、供給した温水の温度が６０℃の時の鉛直方向およ
び水平方向の温度分布を図６および図７に示す。なお、
図４から図７において、−●−は試験開始前、−○−は
試験終了後の温度を示す。

【００３７】図４ないし図７に示すように、温水５０℃
または６０℃の温水供給によって、多孔質管１から地表
面までの間、および多孔質管１から水平方向に５０ｃｍ
離れた位置までの土壌を良好に加温することができたこ
とがわかる。

【００３８】

【発明の効果】本発明の土壌加温方法にあっては、柔軟
性材料からなる多孔質管を使用するので、該管を巻取っ
た状態として運搬、設置などの作業を行うことができ
る。このため、該多孔質管の運搬、設置が容易となる。
また、多孔質管１の保管に広い保管場所が不要となる。
また上記多孔質管は、柔軟性材料からなるので、重機な
どの踏圧にも耐え得る。よって多孔質管の破損事故を未
然に防ぎ、常に安定した加温が可能である。

【００３９】また、多孔質管を土壌中に埋設し、該多孔
質管を通して温水または温空気を土壌中に供給すること
によって、温水または温空気を土壌に接触させ、その熱
を土壌に直接的に伝えることができる。このため、目的
とする土壌を迅速に加温でき、かつ加温の際のエネルギ
ー効率を高め、運転コストを低減することができる。

【００４０】また、多孔質管を通して土壌に温水を供給
することで、加温の際に土壌が乾燥し、その熱伝導率が
低下するのを防ぐことができる。このため、加温効率を
高く維持することができる。

【００４１】また上記土壌加温方法は、施設栽培場だけ
でなく、路地、サッカー場、野球場、ゴルフ場などの芝
地、緑化植栽、および競馬施設の馬道等において、芝な
どの冬枯れ防止、土壌の凍結防止などに利用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の土壌加温方法を実施するための加温
装置の一例を示す図である。

【図２】本発明の土壌加温方法を実施するための加温
装置の他の例を示す図である。

【図３】本発明の土壌加温方法を実施するための加温
装置のさらに他の例を示す図である。

【図４】試験結果を示すグラフである。

【図５】試験結果を示すグラフである。

【図６】試験結果を示すグラフである。

【図７】試験結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１・・・多孔質管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】柔軟性材料からなり、かつ多数の微細孔
を有する多孔質管を土壌中に埋設し、該多孔質管内に、
該土壌より高温の温水を流し、該多孔質管の微細孔を通
して前記温水を土壌中に供給して土壌を加温することを
特徴とする土壌加温方法。
【請求項２】前記多孔質管の埋設深さを５〜３０ｃｍ
とすることを特徴とする請求項１記載の土壌加温方法。
【請求項３】前記多孔質管に、圧力水頭１〜５０ｍ、
流量０．０５〜２．０ｃｍ³／ｓ／ｍで温水を供給する
ことを特徴とする請求項１または２記載の土壌加温方
法。
【請求項４】柔軟性材料からなり、かつ多数の微細孔
を有する多孔質管を土壌中に埋設し、該多孔質管内に、
該土壌より高温の温空気を流し、該多孔質管の微細孔を
通して前記温空気を土壌中に供給して土壌を加温するこ
とを特徴とする土壌加温方法。
【請求項５】前記多孔質管の埋設深さを、１０〜６０
ｃｍとすることを特徴とする請求項４記載の土壌加温方
法。
【請求項６】前記多孔質管に、圧力水頭０．１〜１０
ｍ、流量１〜１２ｃｍ³／ｓ／ｍで温空気を供給するこ
とを特徴とする請求項４または５項記載の土壌加温方
法。
【請求項７】前記多孔質管の内径が７〜２０ｍｍであ
り、肉厚が１．５〜３．０ｍｍであり、透水係数が１．
０×１０^-8〜１．０×１０^-5ｃｍ／ｓであることを特徴
とする請求項１から６のいずれか１項記載の土壌加温方
法。