(57)【要約】【課題】  エネルギー効率を向上させ、かつ気温の変化に追従できる施設園芸用暖房設備を提供すること。【解決手段】  温水パイプ５から帰還した温水の水温を検出して目標の一定温度に保持するよう加温して温水パイプ４に送出する温水ボイラ２が温室３外に設けられる。温室３内に設けられる熱交換器６、７は、放熱配管６１とこれに温室内空気を吹き当てるファン６３とを有している。温室３内にはさらに、温室内の温度を検出する温度検出器１０が設置され、制御装置８は温度検出器１０の検出温度が目標値より下回る場合、あるいは上回る場合には、前記各熱交換器のファン６３をオン或いはオフする。温水パイプ４、５は、温水ボイラ２と熱交換器６、７との間を温水が循環するように接続されている。【選択図】      図１
2010029153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
施設園芸の温室の暖房を行う施設園芸用暖房装置において、
温室内外を循環する温水パイプと、
前記温室外に設けられ帰還した温水の水温を検出して目標の一定温度に保持するよう加温して送出する加温装置と、
前記温室内に距離を置いて設けられ、放熱配管と該放熱配管に温室内空気を吹き当てるファンとを有する複数の熱交換器と、
前記温室内に設置され、温室内の温度を検出する温度検出器と、
前記温度検出器の検出温度が目標値より下回る場合、あるいは上回る場合には、前記各熱交換器のファンをオン或いはオフする制御装置とを有し、
前記温水パイプは、前記加温装置と前記複数の熱交換器とを温水が循環するように接続するものであることを特徴とする施設園芸用暖房装置。
【請求項２】
請求項１の施設園芸用暖房装置において、前記加温装置は帰還した温水の水温が設定値よりも下回った際にはバーナを点火する温水ボイラであることを特徴とする施設園芸用暖房装置。
【請求項３】
請求項２の施設園芸用暖房装置において、前記温水ボイラの設定温度は４０乃至４５度であることを特徴とする施設園芸用暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、施設園芸における温室（ビニールハウス）内の暖房を行うための暖房装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
施設園芸における作物栽培においては、ビニールハウス内を加熱し、本来の季節より１、２ヶ月早い温度となるように温度を制御している。例えば、ブドウの一種であるピオーネでは、２月からハウス内の気温が８度となるように設定し、１０日毎に２度ずつ気温を上昇させて１ヶ月早い収穫を図っている。暖房設備として、ボイラにより重油、灯油を燃焼させて温風によりハウス内を暖めることが行われているが、温風の吹き出しによりビニールハウス内の湿度が変動するため、加湿器を設けるなどの対応を採っている。
【０００３】
このようなビニールハウス内の湿度の変動を抑制する技術として、ボイラをハウス外に設置して、ハウス内に温水パイプを敷設して、ボイラで加熱した温水を循環させるものが、例えば特許文献１或いは特許文献２に開示されている。特許文献１の技術によれば、チラーユニットにより加熱された温水は、発芽温床の地中に巡らした温水パイプ中を循環している。発芽温床の温度を検出して、検出した温度に基づいて循環ポンプを駆動制御することに行われる。チラーユニットからは温度一定とした温水が供給されており、温水パイプを流れる水量により発芽温床の温度が保たれる。また、温水の循環経路を分流して冷熱部が付設され、放熱フィンが設けられて放熱ファンを使って冷却している。一方、特許文献２によれば、温水室内に熱交換機を配設して、温室内の検出温度によりボイラのオンオフを制御して温水の温度調節をするものが開示されている。これらの技術によれば、ビニールハウス内には温風が吹き出すことがなく、湿度を大きく変動させることは無い。
【０００４】
また、人間が居住する家屋の温水暖房システムとして、温水ルームヒータが知られている。一般家庭においては、ビニールハウスと比較して格段に高い機密性を有する家の加温であり、かつ居住者の快適性が求められた制御となっている。例えば、扱う温水の温度は８０度付近の高い温度を室外ボイラに設定としている。ビニールハウスと違い目的とする室温の設定温度がそもそも高いこともあるが、温水が４０度程度の低い温度であると目標とする室温よりも高い水温であるにもかかわらず、噴出す風が居住者に冷たく感じられてしまうからである。一方、温水ルームヒータのファンは、強風、中風、弱風のように回転数の選択制御により、温度調整が可能となっており、温水ルームヒータ内の室温センサ（室温サーミスタ）が目標温度に達したと検出すると室外ボイラの設定温度をゆらぐように変更して快適さを求めるものや、室外ボイラによる温水の供給量を止めたりして、室内温度に連携して室外ボイラを御制することが行われている。
【特許文献１】特開２００３−５７号公報
【特許文献２】特開２００１−２９２６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ビニールハウスの室内の温度が低下すると作物の生育に影響することから、特に秋季から冬季から春季にかけてはボイラの燃焼時間が長い。一方、原油価格の高騰の影響を受け、燃料として使用される灯油、重油などが高騰しており農家の負担が重いものとなっている。このため、ビニールハウスからの放熱は被覆資材からの放熱と隙間換気を通しての放熱が大半であり、ビニールハウスの内張りとして空気膜フィルムを用いて多重被覆とすることが提案されている。例えば、空気膜フィルムを用いて、重油が３０％前後削減できたとの報告がある一方、空気膜フィルムは外張りフィルムに比べて約４倍のコストがかかるとの報告もある（１０００ｍ2当り６０万円）。
【０００６】
また、暖房装置については、温風により暖房を行う方式のボイラでは、湿度の問題がある上に、高熱の温風により暖房するため外気との温度差が大きく、熱が室外に放熱しやすくエネルギーの利用効率が悪い。また、温度と湿度の上昇下降の繰り返しは、ビニールハウス内の作物の寿命を短くする。一方、温水パイプをハウス内に付設する場合には、配管を流れる大量の温水の加熱を行わなければならず、ボイラ、ヒートポンプなどの熱源に係わらず、この加温のために大量のエネルギーを必要とする。温水配管を地中の埋設する場合には、地中の温度変化は比較的安定したものであり温水の流量を可変する制御でも安定した温度制御をすることができる。しかし、ハウス内空中の気温は外気に追従して変化しやすく、温水パイプを流れる温水の流量を可変したり或いは温度を上昇させたりする制御では外気温への追従が遅れる。なお、特許文献１では、発芽温床に巡らせた温水パイプの他に、冷熱部が設けられているが、温水を冷却する目的で設けられたものであり、発芽温床の暖房に利用されていない。
【０００７】
一方、人間が居住する家屋に使用される温水ルームヒータは、温水を必要以上に上昇させて、快適性を求めた装置構成となっており、省エネルギー効果に着目した装置構成とはなっていない。先にも述べたように、ビニールハウスでは周囲温度を本来の季節よりも早めて作物を栽培するものであり、放熱の観点で家屋よりも劣るビニールハウスで省エネルギー化を図る用途には温水ルームヒータは利用できない。
【０００８】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、エネルギー効率を向上させ、かつ気温の変化に追従できる施設園芸用暖房設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は施設園芸の温室内温度を一定に保つ暖房装置において、温室内外を循環する温水パイプと、温室外に設けられ帰還した温水の水温を検出して目標の一定温度に保持するよう加温して送出する加温装置と、温室内に離散的に設けられ、放熱配管と該放熱配管に温室内空気を吹き当てるファンとを有する複数の熱交換器と、温室内の前記複数の熱交換器の間に設置され、温室内の温度を検出する温度検出器と、前記温度検出器の検出温度が目標値より下回る場合、あるいは上回る場合には、前記各熱交換器のファンをオン或いはオフする制御装置とを有し、前記温水パイプは、前記加温装置と前記熱交換器とを温水が循環するように接続するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、施設園芸の温室の暖房において、使用するエネルギーの損失を抑止し、気温の変化に追従することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した施設園芸用暖房設備１の実施例を説明する。図１において加温装置として利用する温水ボイラ２が、ビニールハウス３の室外に設置され、ビニールハウス３の内外を循環する温水パイプ（往路パイプ４、復路パイプ５）が設けられている。温水ボイラ２は、バーナ２１、熱交換器２２、復路パイプ５を介して帰還した温水の温度測定する温度検出器２４、目標温度が設定される温水温度設定器２５と、温度検出器２４が目標温度を下回るときにバーナ２１を点火する制御部２６を有している。
【００１２】
熱交換器２２において加温された温水は、循環ポンプ２７により往路パイプ４へ送り出される。熱交換器２２の容量は４0リットルであり、往路復路パイプを循環する温水量よりも大きい容量となっている。本実施例においては、ビニールハウス３の目標設定温度が１８度とされており、温水温度設定器２５にはその２倍程度の４０度が設定され、温水の温度一定制御がなされる。
【００１３】
ビニールハウス３内には、往路パイプ４より温水を受けて、復路パイプ５へ循環させる熱交換器6、７が設置されている。熱交換器6、７の配置は、ビニールハウス３内において距離をおいて離散的であり、本実施例においてはビニールハウス３の壁伝いであって、中心から見て左右に配置されている。熱交換器6、７は、プレートフィンチューブ式の冷却構造を持つ熱交換器であり、往路パイプ４と復路パイプ５との間に並列に接続されている。熱交換器6、７は同等の構成であるので、熱交換器６のみを説明する。熱交換器６は、多数の放熱板６２が設けられた放熱配管６１と、放熱板６２に対してハウス３内の空気を吹き当てるファン６３が設けられている。放熱配管６１の容量は５リットルである。ファン６３により暖められた空気を再度ハウス３内に戻すことにより、暖房が行われる。熱交換器6、７間のビニールハウス３の中央位置には、温度検出器１０が設置されており、ハウス３内の温度を測定している。測定された温度は、電源制御部８に送られる。室内温度設定器９はハウス３内の目標温度（１８度）を保持しており、電源制御部８は、測定温度が目標温度を下回ったときにファン６３をオンし、上回るとオフすることにより、室温を一定に保つように制御する。オンオフの契機となる目標温度は、互いに異なるものでも良いし、同じでも良い。温水ボイラ２と熱交換器6、７を結ぶ往復路パイプ6、７はできるだけ短いほうが、必要とされる温水量を少なくできるので望ましい。放熱配管６１の容量が５リットルであり、これを２台有しているので、温水ボイラ２の熱交換機２２の容量の４０リットルに対して、３０リットルほど温水ボイラ２に余裕がある。温水パイプ４、５はできるだけ短くして容量を少なくした方が温度変化に対する追従性が良くなる。
【００１４】
施設園芸用暖房設１の作用について説明する。温水ボイラ２は、復路パイプ５の温水温度によりバーナ２１をオンオフしているのみであり、ハウス３内の温度については感知していない。また、循環ポンプ２７の送水能力は一定である。従って、往路パイプ４の水温は、目標温度４０度程度に保たれた状態で定常的に流れている。仮に温水ボイラ２の温度制御をハウス３内の温度にリンクさせたとすると、ハウス３内の温度が低下した場合には、温水ボイラ２で沸かす温水温度が高くなり、外気との温度差が本実施例のものよりも高くなってしまい、放熱による損失が増加することになる。これに比べて、本実施例においては、目標温度４０度程度に保たれるため、放熱による損失が少ない。また、温水ボイラ２は、室内温度との連携が無く独立に動くものであるため、独立したユニットとして増設、変更が容易である。
【００１５】
一方、ハウス３内の熱交換機６、７では、ハウス３内の温度に基づいて、ファン６３がオンオフ制御されている。従って、温度４０度乃至４５度程度の低い熱源を利用しているが、放熱フィン６２を通過する風量が制御されるため、単なる熱伝導による放熱に比べて、気温変化への追従性が良い。熱交換機６、７の噴出し口の温度は、温水の温度より低下（１０度C程度）する。このため、噴出し温度は、３０乃至３５度程度で初夏程度の空気温度であって、作物が自然界で接する温度であって、作物に対する負荷が小さい。また、噴出し温度は、温室内の温度と温度差が大きくないため、温風だけが分離して室内天井に集まることも少ない。熱交換器６、７の起動と停止の温度差を小さく（例えば、０．３度）と設定しておけば、ファン６３が頻繁に起動と停止を繰り返し、温室内の空気を均等にし、またこのような風の流れがあることにより、作物の成長率が向上する。
【００１６】
さらに、温水パイプをハウス内に付設するものと比べて、温水ボイラと熱交換器6、７間の配管だけで良いため、使用する水量が削減できる。ビニールハウス面積  １０００ｍ２程度のものであれば、水量は約１／５程度となり、水温を維持するためのエネルギー消費を抑えることができる。
【００１７】
尚、ハウス３の面積が大きい場合や、気温の低下が著しく熱容量が足りないときには、施設園芸用暖房設備１を複数台設置することにより対応すればよい。また、加温装置として温水ボイラを使用したが、これに代えてヒートポンプを利用しても良い。この場合、ヒートポンプにより発生させる温水の加温制御は、温水ボイラの場合と同様に温度を一定に保つ制御である。ヒートポンプでは、電気は熱エネルギーではなく熱を移動させる動力源として利用されるため、消費電力の数倍の熱を利用できるといわれており、さらなる省エネルギー化が図れる。また、温水パイプとしては通常鉄管或いは銅管を用いるものであるが、本実施例の温水パイプを流れる温水の温度は高々４０度程度であり、安価な合成樹脂のパイプを利用できる。
【００１８】
（実験例）
（１）暖房専用温水ボイラ  株式会社長府製作所  形式名  ＤＢ−4000
総発熱量  ３４０００ｋｃａｌ／ｈ
燃料消費量  ４．５リットル／ｈ（灯油）
消費電力  ２３０ｗ（５０Ｈｚ）、２７５ｗ（６０Ｈｚ）  単層１００ｖ
重量  ６２ｋｇ
（２）熱交換器  三菱電機株式会社  形式名  ＲＭ−Ｐ３７Ａ１
８８ｗ送風機×２  風量  ９６ｍ３／分（５０Ｈｚ）、１０３ｍ３（６０Ｈｚ）
（３）ビニールハウス面積  １１１６．５ｍ２（ハウス内高低差４．５ｍ）
外張りフィルムと空気膜フィルムの多重被覆（２重張り）
【００１９】
暖房専用温水ボイラを２台用いて、熱交換器として３．７５ｋｗ相当のコンデンシングユニットを４台組み合わせて運転した。このコンデンシングユニットは圧縮機を有しておらず、通常は室外機として利用されるものであり、温水を循環させるようにするとともに、ファンの制御を外部からできるように改造した。
【００２０】
（比較例）
（１）温風暖房機  株式会社長府製作所  形式名  ＦＡ１２０３Ｌ
総発熱量  １０００００ｋｃａｌ／ｈ
燃料消費量  １１．５リットル／ｈ（Ａ重油）
消費電力  ２．０ｋｗ（５０Ｈｚ）、２．２ｋｗ（６０Ｈｚ）３相３線２００ｖ
重量  ３７５ｋｇ
（２）ビニールハウス面積  １１３１．５ｍ２（ハウス内高低差４．５ｍ）
外張りフィルムと空気膜フィルムの多重被覆（２重張り）
【００２１】
図２は、実験例、比較例における装置の配置を示すものである。尚、図中、カッコ内の数値は距離（単位ｍ）を表している。図２Ａの実験例においては、温水ボイラ２と特殊用途室外機（熱交換器６，７）からなる系統を２つ設けており、夫々が温室３の図中左壁側に並んで設置されている。温度検出器１０は、温室３のほぼ中央位置に設けられている。一方、比較例においては、温風暖房機１１は温室３０の左壁の中央位置に設置されており、図中上下に温風ホース１２を配置して壁側から温風が吹き出すようにした。
【００２２】
実験例においては、ハウス中央に設置した温度検出器10、１３によりハウス内温度を検出し、ハウス内の温度が摂氏１７．７度に低下したら特殊用途室外機のファンをオンし、１８度に達したらオフするようにして、ハウス内の温度が１８度となるよう制御した。温水温度は４０度に設定されており、特殊用途室外機の噴出し口は３０度程度であった。一方、比較例においてもハウス中央が１８度となるように目標温度を設定した。温風の吹き出し位置は、実験例、比較例ともハウスの周壁の近傍である。比較例においては、ハウス内にビニールダクトを設置し、噴出し位置を複数個所とした。図３は、ハウス内温度を１８度に設定した４日間の実験を行った際における、ある日の夜間（２００８年４月１日〜２日  於  岡山県高梁市）に１分おきにハウス内外温度の検出した結果である。図３において、曲線Ａが実験例における温度検出器10の検出温度であり、曲線Ｂが温度検出器1３の検出温度である。尚、曲線Ｃは、外気温度を示している。
【００２３】
比較例においては中心部の温度を１８度に設定していたにも係わらず外気温度が５〜６度以下になると、ハウス内温度が降下し始め、明け方の５〜６時に１５度まで低下した。実験例においては、明け方に１〜１．５度温度を下げたものの、温度曲線がほぼ横ばいの安定した室温が保たれた。
【００２４】
実験の４日間で消費した燃料は、実験例で２３５リットル（灯油）、比較例３００リットル（Ａ重油）であり、２２％実験例の方が少なかった。この事実から、比較例でしようしたボイラ（100000ｋｃａｌ／ｈ）は、１時間当たり１１．５リットルの重油を消費しているのに対し、実験例では２台で９リットル（１台あたり４．５リットル）の灯油を消費している。従って、実験例、比較例いずれのボイラもフル燃焼状態であったと考えられる。また、比較例においては明け方に温度低下が観察されたことから、熱量が不足していたと考えられる。これを補うためにはさらに５〜１０％程度Ａ重油を使用すると予想されることから、実験例では比較例に比べて３０％程度の省エネルギーを達成したと考えられる。
【００２５】
一方、使用電力については、実験例では１０７ｋｗ／ｈ、比較例では１３３ｋｗ／ｈであり、電力面からも省エネルギーを達成できた。尚、本実験において、温水ボイラを２台としたのは、当初８度を目標に１台で実験を開始したが、目標温度を２度ずつ上昇させるにつれて、このまま上げ続けると温水ボイラの能力が足りなくなることが判明し、最終的に２台となった。
【００２６】
上記実験例で用いた温水ボイラは家庭用であって安価である（空気膜フィルムと同等）。このようなボイラでも大型の温風暖房機と同等以上の暖房能力を発揮できるため、導入コストを低額に抑えることができる。また温水ボイラは軽量であり、移設が容易であるという効果がある。さらに、温水パイプをハウス内に循環付設するよりも導入コストが低い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】施設園芸用暖房設備１のシステム構成図である。
【図２】実験例を示す図である。
【図３】実験例における温室内温度変化を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    施設園芸用暖房設備
２    温水ボイラ
３    ビニールハウス
４    往路パイプ
５    復路パイプ
６、７  熱交換器
８    電源制御部
１０  温度検出器
【図１】
2010029153.tif 000003
【図２】
2010029153.tif 000004
【図３】
2010029153.tif 000005