(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内を強制換気する換気ファン及びその換気用気流に対して水、液状肥料またはは薬剤の中から選択された原水を細霧状に噴射して室内全体に亘って蒸発冷却を行なう細霧冷房設備を備えている栽培ハウスの室内温度、室内湿度、外気温度、外気湿度及び日射量を計測し、これら各計測値の演算により目標冷房温度・湿度に対する細霧噴射量及び換気量を設定し、
計測室内温度が換気開始温度以上になったときは上記換気ファンを上記設定換気量で運転して強制換気による冷房を行ない、かつ、計測室内温度が換気停止温度以下になったときは上記換気ファンの運転を停止する一方、
計測室内温度が上記換気開始温度よりも高い細霧冷房開始温度以上になったときは、上記細霧冷房設備を上記設定細霧噴射量で運転させて室内を冷房し、かつ、計測室内温度が上記換気停止温度よりも高い細霧冷房停止温度以下又は／及び計測室内湿度が細霧冷房停止湿度以下になったときは上記細霧冷房設備の運転を停止することを特徴とする栽培ハウス用細霧冷房制御方法。
【請求項２】
上記計測室内温度が換気開始温度以上になったとき、上記換気ファンの運転速度を制御して強制換気量を調整する請求項１に記載の栽培ハウス用細霧冷房制御方法。
【請求項３】
栽培ハウスに付設されて室内を強制換気する換気ファンと、上記栽培ハウスに配設され、強制換気用気流に対して水、液状肥料または薬剤の中から選択されたを原水を細霧状に噴射する複数の噴射ノズル、これら噴射ノズルに原水を送給する加圧ポンプ及びそれの駆動用モータを備えた細霧冷房設備と、
上記栽培ハウスの室内温度、室内湿度、外気温度、外気湿度を計測する温度及び湿度計測手段と、
室外の日射量を計測する日射量計測手段と、
上記各計測手段による計測値から上記栽培ハウス内の熱量を算出する熱量算出手段と、
この熱量算出手段により算出された熱量と上記温度及び湿度計測手段により検出される栽培ハウスの室内温度、室内湿度、外気温度、外気湿度を入力し、それらの演算により目標冷房温度・湿度に対する細霧噴射量及び換気量を設定する設定手段と、
上記室内温度計測手段による計測室内温度が換気開始温度以上になったときは上記換気ファンを設定換気量で運転して強制換気による冷房を行ない、かつ、計測室内温度が換気停止温度以下になったときは上記換気ファンの運転を停止する一方、上記室内温度計測手段による計測室内温度が上記換気開始温度よりも高い細霧冷房開始温度以上になったときは上記細霧冷房設備を設定細霧噴射量で運転させて室内を冷房し、かつ、計測室内温度が上記換気停止温度よりも高い細霧冷房停止温度以下又は／及び計測室内湿度が細霧冷房停止湿度以下になったときは上記細霧冷房設備の運転を停止するように換気ファン及び細霧冷房設備の運転を自動制御する制御手段とを備えていることを特徴とする栽培ハウス用細霧冷房制御装置。
【請求項４】
上記換気ファンは、計測室内温度が換気開始温度以上になったとき、その運転速度を制御して強制換気量を調整可能に構成されている請求項３に記載の栽培ハウス用細霧冷房制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室内をファンを介して強制換気（外気を取り入れ、排出する）するとともに、その換気用気流に対して水、液状肥料または薬剤の中から選択された原水を細霧状に噴射させることにより室内全体に亘って蒸発冷却を行なってハウス栽培作物に対する加湿、冷却、肥料もしくは薬剤散布を行なうようになされている栽培ハウス用細霧冷房制御方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の栽培ハウスでの作物栽培においては、夏季などの高温期に室内温度が外気温度よりも高温になり、このことが作物の周年栽培の大きな障害となっている。特に、耐暑性の乏しい作物においては大きなダメージを与えることになり、夏季などの高温期の作物栽培を可能にするためには室内を冷房することが必要である。栽培ハウスの天窓、側窓の開放による自然換気あるいは換気ファンの運転による強制換気を行なうことで、ある程度の冷房効果は期待できるが、換気だけの冷房では理論的に室内温度を外気温度以下にすることができず、周年栽培を可能にすることができない。
【０００３】
そこで、栽培ハウスに室内を強制換気する換気ファンを付設するとともに、その換気用気流に対して原水を細霧状に噴射させる複数の噴射ノズルを備えた細霧冷房設備を設置させ、ノズルから噴射された細霧が蒸発するときの気化熱を室内空気から奪って空気を冷却することにより、室内全体を満遍なく冷房するようにした栽培ハウス用細霧冷房装置を本出願人は先に提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本出願人が先に提案している栽培ハウス用細霧冷房装置では、周年栽培を可能とするために、冷房容量を外気温度が最も高い真夏の最強日射強度下でも所定の冷房効果を発揮できるような容量に設定していた。しかし、この場合は、曇天時や５〜６月、９〜１０月頃の冷房に際して、室内温度・湿度を最適に管理することが難しいだけでなく、冷房負荷の小さいとき、換気ファン及び細霧冷房設備の運転に無駄な動力を消費し、ランニングコストが高くつくという問題があった。
【０００５】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、換気ファン及び細霧冷房設備を日射量や外気温度、外気湿度などの冷房負荷に対応して適切に運転制御することで消費動力の無駄を省いてランニングコストの低減を図りつつ、周年栽培を可能とする冷房効果を発揮させることができる栽培ハウス用細霧冷房制御方法及びその装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る栽培ハウス用細霧冷房制御方法は、室内を強制換気する換気ファン及びその換気用気流に対して水、液状肥料または薬剤の中から選択された原水を細霧状に噴射して室内全体に亘って蒸発冷却を行なう細霧冷房設備を備えている栽培ハウスの室内温度、室内湿度、外気温度、外気湿度及び日射量を計測して、これら各計測値の演算により目標冷房温度・湿度に対する細霧噴射量及び換気量を設定し、計測室内温度が換気開始温度以上になったときは上記換気ファンを設定換気量で運転して強制換気による冷房を行ない、かつ、計測室内温度が換気停止温度以下になったときは上記換気ファンの運転を停止する一方、計測室内温度が上記換気開始温度よりも高い細霧冷房開始温度以上になったときは、上記細霧冷房設備を設定細霧噴射量で運転させて室内を冷房し、かつ、計測室内温度が上記換気停止温度よりも高い細霧冷房停止温度以下又は／及び計測室内湿度が細霧冷房停止湿度以下になったときは上記細霧冷房設備の運転を停止することを特徴とするものである。
【０００７】
また、上記と同一の目的を達成するために、本発明に係る栽培ハウス用細霧冷房制御装置は、栽培ハウスに付設されて室内を強制換気する換気ファンと、上記栽培ハウスに配設され、強制換気用気流に対して水、液状肥料または薬剤の中から選択されたを原水を細霧状に噴射する複数の噴射ノズル、これら噴射ノズルに原水を送給する加圧ポンプ及びそれの駆動用モータを備えた細霧冷房設備と、上記栽培ハウスの室内温度、室内湿度、外気温度、外気湿度を計測する温度及び湿度計測手段と、室外の日射量を計測する日射量計測手段と、上記各計測手段による計測値から上記栽培ハウス内の熱量を算出する熱量算出手段と、この熱量算出手段により算出された熱量と上記温度及び湿度計測手段により検出される栽培ハウスの室内温度、室内湿度、外気温度、外気湿度を入力し、それらの演算により目標冷房温度・湿度に対する細霧噴射量及び換気量を設定する設定手段と、上記室内温度計測手段による計測室内温度が換気開始温度以上になったときは上記換気ファンを設定換気量で運転して強制換気による冷房を行ない、かつ、計測室内温度が換気停止温度以下になったときは上記換気ファンの運転を停止する一方、上記室内温度計測手段による計測室内温度が上記換気開始温度よりも高い細霧冷房開始温度以上になったときは上記細霧冷房設備を設定細霧噴射量で運転させて室内を冷房し、かつ、計測室内温度が上記換気停止温度よりも高い細霧冷房停止温度以下又は／及び計測室内湿度が細霧冷房停止湿度以下になったときは上記細霧冷房設備の運転を停止するように換気ファン及び細霧冷房設備の運転を自動制御する制御手段とを備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
上記のような構成を有する本発明によれば、栽培ハウスの室内温度・湿度、外気温度・湿度及び栽培ハウス内の熱量の演算により目標冷房温度・湿度に対する細霧噴射量及び換気量が設定され、実際の室内温度が強制換気だけでも室内を目標冷房温度に保てる換気冷房可能な範囲にあるときは、換気開始温度以上で換気ファンを設定換気量で運転し、かつ、換気停止温度以下でその運転を停止するといった換気ファン単独の運転制御による換気冷房が行なわれる。そして、実際の室内温度・湿度が強制換気だけでは室内を目標冷房温度・湿度に保てない細霧冷房必要範囲にまで上昇したときは、細霧冷房開始温度以上で細霧冷房設備を設定細霧噴射量で運転し、かつ、細霧冷房停止温度以下又は／及び計測室内湿度が細霧冷房停止湿度以下でその運転を停止するといった細霧冷房設備の運転制御による換気細霧併用冷房が行なわれる。
【０００９】
上記のように室内温度・湿度の変化に応じ、かつ、その時の外気温度・湿度及び熱量に対応して換気ファン及び細霧冷房設備を適切に運転制御することにより、換気ファン及び細霧冷房設備の運転動力の無駄な消費をなくしてランニングコストの低減を図りつつ、常に室内を作物栽培に最適な温度・湿度に管理することが可能である。
【００１０】
上記のような栽培ハウス用細霧冷房制御方法及び装置において、請求項２及び請求項４に記載のように、室内温度が換気開始温度以上になったときの換気ファンの運転速度を制御して強制換気量を調整可能とすることにより、換気ファンの運転に要する消費動力の無駄をより少なくすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
図１は本発明が適用される栽培ハウスの概略斜視図である。この栽培ハウス１の奥行方向で相対向する両開口部１ａ，１ｂの一方には換気ファン２が取り付けられているとともに、他方には吸気口３が形成されており、換気ファン２を運転することにより栽培ハウス１の室内１Ｒに矢印ａ方向に向かう気流を発生させて該室内１Ｒを強制換気するよう構成している。また、栽培ハウス１の室内１Ｒの天井部付近には、原水を上向きで細霧状に噴射する多数の噴射ノズル４を取り付けた複数本のヘッダー管５が配置固定され、これらヘッダー管５は給水管６（図２参照）を介して加圧ユニット７に接続されており、各噴射ノズル４から原水を室内１Ｒの換気用気流に対して細霧状に噴射することにより、その細霧が蒸発するときの気化熱を室内空気から奪って空気を冷却することにより、室内１Ｒの全体を満遍なく冷房するように構成されている。
【００１２】
上記加圧ユニット７は、図２に示すように、上記給水管６の一端が接続された加圧ポンプ８とこの加圧ポンプ８を駆動する可変速モータ９と加圧ポンプ８の吸込口部が配管１０を介して開口接続された原水タンク１１とからなり、この加圧ユニット７と上記噴射ノズル４とにより細霧冷房設備１２が構成されている。この細霧冷房設備１２は、上記複数本のヘッダー管５を加圧ユニット７に接続する給水管６と各ヘッダー管５との接続箇所にそれぞれ介在された複数個の噴射制御弁１３の開閉と上記可変速モータ９による加圧ポンプ８の運転速度の可変制御によって細霧噴射量が調整可能とされている。また、上記換気ファン２は可変速モータ１４に直結されており、このモータ１４の作動に伴う全速運転により一定の強制換気量が得られるようにされている。
【００１３】
上記両可変速モータ９，１４及び複数個の噴射制御弁１３に運転制御信号を出力して室内１Ｒの冷房温度及び湿度を自動管理するための制御装置（コントローラ）１５が設けられている。この制御装置１５はマイコンからなり、栽培ハウス１の室内１Ｒの適所に設置されて室内温度及び室内湿度を計測する温度センサー１６及び乾・湿球式湿度センサー１７、栽培ハウス１の外部に設置されて外気温度及び外気湿度を計測する温度センサー１８、湿度センサー１９及び日射計２０がそれぞれ接続されており、上記各センサー１６〜１９の計測値、日射計２０の計測値及びハウス面積と日射透過率から算出される室内熱量の入力に伴いそれらを演算して目標冷房温度・湿度に対する細霧噴射量及び換気量を設定する機能と、上記温度センサー１６による計測室内温度の変化に応じて上記換気ファン２及び細霧冷房設備１２の運転を自動制御して室内１Ｒの冷房温度・湿度を自動管理する制御機能とを発揮するように構成されている。
【００１４】
次に、上記構成の栽培ハウス用細霧冷房制御装置による冷房制御動作について図３のフローチャートを参照して説明する。
冷房制御動作開始に先立って、制御装置１５には温度センサー１６，１８、湿度センサー１７，１９により計測された室内温度、外気温度、室内湿度、外気湿度、日射計２０により計測された日射量及び既知のハウス面積と日射透過率から算出された熱量が入力され（ステップＳ２１）、これら入力された各値の演算により目標冷房温度ｔ２・相対湿度φ２に対する細霧噴射量ｘｅ及び換気量Ｑが設定される（ステップＳ２２）。それら演算基本式は次の通りである。
【００１５】
ｔ２＝（ｉ２−５９７．３×ｘ３）／（０．２４＋０．４４１×ｘ３）
ｉ２：ハウス室内エンタルピ（ｋｃａｌ／ｋｇ）
ｉ２＝ｉａ＋ｉ１
ｉ１：外気エンタルピ（ｋｃａｌ／ｋｇ）
ｉ１＝０．２４ｔ１×３４＋（５９７．３＋０．４４１ｔ１）ｘ１
ｔ１：外気温度（℃）
ｘ３：噴射時絶対湿度（ｋｇ／ｋｇ´）
ｘ３＝ｘ１＋ｘ２＋ｘｅ
ｘ１：外気絶対湿度（ｋｇ／ｋｇ´）
ｘ２：室内蒸発散量（ｋｇ／ｋｇ´）
ｘｅ：細霧噴射量（ｋｇ／ｋｇ´）
ｉａ：換気時付加エンタルピ（ｋｃａｌ／ｋｇ）
ｉａ＝Ｓｑ１／Ｇ
Ｓｑ１：日射によるハウス室内熱量（ｋｃａｌ／ｍｉｎ．）
Ｓｑ１＝Ｓｑ×Ａ×ｔｈ
Ｓｑ：日射量（ｋｃａｌ／ｍ2 ・ｈ）
Ａ：ハウス面積（ｍ2 ）
ｔｈ：日射透過率
Ｇ：換気流量（ｋｇ´／ｍｉｎ．）
Ｇ＝Ｑ／ｖ１
Ｑ：換気量（ｍ3 ／ｍｉｎ．）
ｖ１：外気比容積（ｍ3 ／ｋｇ´）
ｖ１＝０．００４５（ｘ１＋０．６２２）（２７３＋ｔ１）
φ２＝ｘ３／ｘｓ×１００
ｘｓ：温度ｔ２の飽和絶対湿度（ｋｇ／ｋｇ´）
なお、ｋｇ´は空気質量を表わす。
【００１６】
また、換気時における換気量Ｑ、噴霧量ｑ、相対湿度φ２はそれぞれ次のように算出される。
（１）換気時の換気量の算出
・Ｓｑ（日射量）よりＳｑ１（ハウス室内熱量）の算出
・外気温度ｔ１、外気相対湿度（絶対湿度ｘ１）より外気エンタルピｉ１の算出
・目標冷房温度ｔ２より換気量Ｑの算出
Ｑ＝Ｓｑ１×ｖ１／ｉａ（ｍ3 ／ｍｉｎ．）
ｖ１：外気比容積
ｉａ：付加エンタルピ
（２）噴霧量の算出
・換気時の室内エンタルピｉ２の算出
・目標冷房温度ｔ２より噴射量による絶対湿度ｘｅの算出
・噴霧量ｑの算出
ｑ＝ｘｅ×Ｑ×ｖ１（ｋｇ／ｍｉｎ．）
Ｑ：換気量
ｖ１：外気比容積
（３）相対湿度の算出
・噴射時絶対湿度ｘ３（ｘ１＋ｘ２＋ｘｅ）の算出
・相対湿度φ２の算出
φ２＝ｘ３／ｘｓ×１００
ｘｓ：目標冷房温度ｔ２の飽和絶対湿度
【００１７】
このような設定条件下において、上記温度センサー１６により計測される室内温度ｔ３（℃）が図４に示す換気開始温度ｔ３−１以上であるか否かが判定され（ステップＳ２３）、換気開始温度ｔ３−１以上の場合、換気ファン２を上記設定換気量Ｑで運転して室内１Ｒを強制換気することにより冷房を行なう（ステップＳ２４）。なお、換気開始温度ｔ３−１以下の場合、換気ファン２は停止保持されたままである。次に、上記のような換気冷房により室内温度ｔ３が図４に示す換気停止温度ｔ３−２以下になったか否かが判定され（ステップＳ２５）、換気停止温度ｔ３−２以下の場合、換気ファン２の運転を停止する（ステップＳ２６）。
【００１８】
一方、上記換気ファン２の全速運転による強制換気冷房にもかかわらず、室内温度ｔ３が上昇し続けて、ファン容量が最大（全速運転）になっても図４に示す細霧冷房開始温度ｔ３−３以上になった場合（ステップＳ２７）は、細霧冷房設備１２を運転させる。つまり、モータ９を介して加圧ポンプ８を作動させて給水管６、ヘッダー管５を経て送給される原水を噴射ノズル４から室内１Ｒに上記設定噴射量ｘｅで細霧状に噴射させることにより細霧冷房を行なう（ステップＳ２８）。この細霧冷房により室内温度ｔ３が図４に示す細霧冷房停止温度ｔ３−４以下になった場合（ステップＳ２９）あるいは室内湿度が細霧冷房停止湿度以下になった場合（ステップＳ３０）は、細霧冷房設備１２の運転を停止する（ステップＳ３１）。また、細霧冷房にもかかわらず室内温度が細霧冷房停止温度ｔ３−４以下及び細霧冷房停止湿度以下にならない場合は、ステップＳ２２に戻って、目標冷房温度ｔ２・相対湿度φ２に対する細霧噴射量ｘｅ及び換気量Ｑを設定変更（調整）して上記と同様なステップの細霧冷房を繰り返すことにより、栽培ハウス１の室内温度・湿度を最小限度の消費動力のもとで目標温度・湿度に自動制御することができる。なお、細霧噴射量ｘｅの制御は噴射制御弁１３により行われる。
【００１９】
なお、上記実施の形態では、換気ファン２が定速モータ１４を介して全速運転されるもので説明したが、可変速モータを用いて、その運転速度を調整可能としてもよい。この場合は、上述の換気冷房時における運転速度、つまりは、強制換気量を室内エンタルピの増減に応じて調整することにより、換気ファン２の運転に要する消費動力の無駄を一層少なくすることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、室内温度・湿度の変化に応じ、かつ、その時の外気温度・湿度及び日射量（室内熱量）などの冷房負荷に対応して換気ファン単独の運転による換気冷房と細霧冷房設備の並行運転による細霧冷房とに適切に切換え制御することができるので、換気ファン及び細霧冷房設備の運転動力の無駄な消費を極力抑制してランニングコストの大幅な低減を図りつつ、周年栽培を可能とする冷房効果を発揮させることができ、特に、室内温度が外気温度よりも高温になる夏季などの高温期においても室内を栽培作物に対して最適な温度・湿度に確実に管理することができるという効果を奏する。
【００２１】
特に、請求項２および請求項４の構成を採用することによって、消費動力の一層の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する栽培ハウスの概略斜視図である。
【図２】本発明の主要部である細霧冷房装置の概略構成図である。
【図３】冷房制御動作を示すフローチャートである。
【図４】冷房制御動作による室内温度の経時変化例を示すグラフである。
【符号の説明】
１  栽培ハウス
１Ｒ  室内
２  換気ファン
４  噴射ノズル
８  加圧ポンプ
９，１４  可変速モータ
１２  細霧冷房設備
１５  制御装置
１６，１８  温度センサー
１７，１９  湿度センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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