栃木 農試研報 No.77：13～27 (2018)
Bull.Tochigi Agr.Exp.Stn.
No.77：13～27(2018)
蓄熱式環境制御シ ステムを用いたトマ トの高生産 ・省エネ ルギー栽 培技術の開 発

蓄熱式環境制御システムを用いたトマトの高生産・省エネルギー栽培技術の開発
髙野あけみ ・菊地聡 ・木野本真沙江 ・田島嘉存・後藤貴子
羽石重忠・大島一則
１）

２）

３）

摘要：蓄熱式環境制御システムでは，ヒ－トポンプがハウス内大気と蓄熱水槽間の熱交換に重要な役割を果たしてきた．本試験では，システムの稼働条件，トマト生産性，燃料コストについて検討した．昼間のヒ－トポ
ンプ稼働開始気温をそれまでの慣行的な条件より７℃低い20℃としてもトマト生育には影響がなかった．このことに加えて，最適な保温資材と棟上散水を合わせて実施することでエネルギ－消費効率 (COP) は5.4となった．システム利用により，天窓換気が最小限に抑えられ，ハウス内環境 (気温，湿度，二酸化炭素濃度) の変化は小さかった．慣行ハウスでの養液栽培に比べ可販果収量は133％，光熱費は55％，トマト
1㎏を生産するのに必要なエネルギーコストは41％であった．定植時の栽植密度を高め，増枝や養液栽培に適する品種の栽培を合わせて実施することにより，可販果収量はさらに約50％増収 (対慣行ハウス比では約80％増収) する可能性が示された．

キーワード：高収量，光熱費，トマト，熱収支，ヒートポンプ

Development of a Highly Productive and Energy-Saving Tomato
Cultivation Method using the Thermal Storage Type of Environmental
Control System
Akemi TAKANO，Satoshi KIKUCHI，Masae KINOMOTO，Yoshiari TAJIMA，Takako GOTOU
Shigetada HANEISHI and Kazunori OSHIMA
Summary：In the thermal storage type of environmental control system, the heat pump has been playing
an important role in heat exchange between the air and the thermal storage water tank in the green house.
We investigated the system for operative conditions, tomato productivity and fuel cost. The growth oftomatoes was not significantly affected even though the air temperature at which the heat pump operation
started during daytime was 20℃, which was lower by 7℃ than that of the conventional condition.
Additional conduction of roof on watering with the most suitable thermal insulation material in a ridge
resulted in the coefficient of performance (COP) of 5.4. The system allowed minimizing the skylightventilation, leading to little change in the environmental conditions (temperature，humidity and carbon
dioxide concentration).

Therefore, the yield of tomato, the energy bill and the fuel cost necessary to

produce 1 kg of tomato were 133%, 55%, 41%, respectively in comparison with those achieved by thehydroponics culture in the utility greenhouse. Additional conduction of an increase in planting density, andusing a tomato variety more suitable for utility of increasing stems, and hydroponics can increase the yieldby more approximately 50%.
Key words：Energy Bill，Heat Balance，Heat Pump，Highly Productive，Tomato1)現栃木県農業大学校 ，2)現栃木県塩谷南那須農業振興事務所，3)現栃木県下都賀農業振興事務所（2017.12.25 受理）

13栃木県 農業試験 場研究報告 第 77号

Ⅰ

緒

言

ンプ稼働ハウス気温 (Ｃ) となった時，日中蓄熱した熱をヒー

栃木県におけるトマト栽培は，作付面積379ha，生産量はトポンプから放出し，一定温度以上に保つ．さらに最低室温36300ｔで全国6位の産地として位置づけられている (農林水度 (補助暖房稼働温度){D，(Ｄ=C-0.5℃)} を維持できなくな

産省，2016)．特に，年内から収穫が始まる促成長期どり栽った時のために，重油焚きの補助暖房機を備えた．試験を培と年明け以降に収穫となる促成栽培など長期多段どりの行った施設は，栃木県農業試験場内の養液栽培装置を備促成栽培が多く，栽培面積の約6割を占め，冬春トマトの生

えた鉄骨温室(以下鉄骨温室Ａ)とし，1棟当たりのハウス面積

産量は全国第3位となっている．

230.4㎡ （間口6.4ｍ×奥行18m×2連棟），表面積481.0㎡，

本県のトマト生産は，栽培技術の向上や施設装備の高度被覆資材はフッ素系樹脂フィルム (エフクリーン (AGCグリ化等に伴い，単位面積当たりの収量は全国でも上位に位置

ーンテック))，カーテン資材はXLS-10，放熱係数ｋ=3.6Kcal/

付けられている．一方，冬期の栽培では，温風暖房機を使㎡・ｈ・℃，本システムの蓄熱水槽水量は72ｍ×220L/ｍ＝

用し最低夜温を従来よりやや高い10～12℃に維持する温度

15840Lである．

管理を行うなど，燃油使用量は極めて多い．加えて，原油価格高騰による動力光熱費の増加が経営上の課題となっている．また，地球温暖化に伴い脱化石エネルギーへの取組も求められている．
そこで，本研究は冬期の日射量に恵まれた本県の立地条件を生かし，日中の温室内余剰熱を蓄積し夜間に暖房として活用できる蓄熱式環境制御システム ((株) 誠和。，2015)
を用いて実施した (第1図，写真1)．本システムは，水熱源ヒートポンプ，灯油燃焼式炭酸ガス発生装置，補助暖房機および栽培ベンチ下部 (栽培槽直下) に設置された蓄熱水槽で構成される．そこで，本システムの特性を十分に引き出すための稼働方法や，この特性を生かした栽培技術について

第1図

トマト蓄熱式環境制御システムの模式図検討するとともに，トマト生産における燃油削減効果および熱利用効率について検証した．
なお，本研究は，農林水産省委託プロジェクト研究「地域資源を活用した再生可能エネルギーの生産・利用のためのプロジェクト」のうち「施設園芸における熱エネルギーの効率的利用技術の開発」(熱プロ)の一環として実施した．

Ⅱ

材料および方法

試験は，蓄熱式環境制御システム (以下，本システム) を用いて行った (第1図，写真1)．本システムの設備の動作に関する制御フローは，第2図 (栃木農試研報75 蓄熱式環境制御システムを用いたイチゴの省エネルギー栽培技術より参照) に示すとおりである．日中，温室内温度がヒートポンプ

写真1 トマト蓄熱式環境制御システムによる栽培状況(注：波板部分の内側に蓄熱水槽が設けられている．)(HP) 設定値 {(A，(A＝B-1℃)} 以上に達すると天窓が閉じた状態でヒートポンプが稼働し温室内大気と蓄熱水槽間で熱交換を行い，温室内温度を目標温度以下に保つ．さらに
温室内温度が天窓開温度 (B，B>A) を越えると，ヒートポン
プ稼働が停止し天窓換気が行われる．このように天窓換気

日中の制御フロー(例)
HP稼働ハウス

HP稼働

天窓開温度

気温(A℃)

(蓄熱)

(B℃)

HP停止
天窓開放

は天窓開温度 (B) になるまでは行われず，ハウス内温度の炭酸ガス

急激な上昇が押さえられ，温室内は半閉鎖環境となることか

施用停止ら，炭酸ガスを効果的に施用できる．本システムでは灯油燃
焼により炭酸ガスを発生させる装置を用いており，この燃焼夜間の制御フロー(例)による熱も蓄熱水槽に蓄えられる．また，温室内大気と蓄熱

HP稼働ハウス

HP稼働

補助暖房稼働補助暖房

水槽間の自然熱交換を効果的に行うため，蓄熱水槽は波板

気温( C℃)(放熱)

温度(D℃)

併用状金属板で覆われている．夜間には，温室内温度がヒートポ
第2図
14

蓄熱式環境制御システムの環境制御フロー

蓄熱式環 境制御シ ステムを用 いたトマ トの高生産 ・省エネ ルギー栽 培技術の開 発第1表に示すように，7つの検討事項で構成されている試験を2013年度から2015年度に実施した．それぞれの試験区
第1表
試験１
試験２
試験３
試験４
試験５
試験６
試験７

第2表

試験２
試験３

試験４
試験５
試験６

試験７

容は以下に記述する．

試験1～7における検討事項
年 度
2013
2013 2014
2013
2013
2014
2014
2014 2015

システム稼働条件↓↓↓
慣行ハウスとの比較
栽培技術の確立↓検討事
項ヒ－トポンプ冷房稼働開始温度
夜間のヒ－トポンプ暖房停止水温
保温資材
保温方法（棟上散水）
トマト生産への影響
多収を実現するためのトマト品種及び栽培様式
トマト生産および省エネ効果の実証(最適な保温資材，棟上散水含む)

試験1～7における試験区および温度管理システム使用試験１および温度管理を第2表に示した．試験1から7の詳細な内

○
○
×
○
○
×
×
×
×
○
○
○
×
○
○
○
○
○
×

区 名

昼
ＨＰ稼働開始ハウス内気温℃（蓄熱水槽水温条件）

Ａ
システム改善区
24（水槽水温が25℃になるまで稼働）
システム通常区
27（水槽水温が25℃になるまで稼働）
慣行区－
システム改善区
24（水槽水温が25℃になるまで稼働）
システム通常区
2７（水槽水温が25℃になるまで稼働）
中空二重構造１区－
中空二重構造２区－
空気膜二層区－
慣行区－
システム散水有区
24（水槽水温が25℃になるまで稼働）
システム散水無区
24（水槽水温が25℃になるまで稼働）
システム区
20（水槽水温が20℃になるまで稼働）
慣行区－
システム標準側枝区 20（水槽水温が20℃になるまで稼働）
システム密植側枝区１ 20（水槽水温が20℃になるまで稼働）
システム密植側枝区２ 20（水槽水温が20℃になるまで稼働）
システム標準区
20（水槽水温が20℃になるまで稼働）
システム実証区
20（水槽水温が20℃になるまで稼働）
慣行区
－

天窓開温度
℃
Ｂ
28
28
25
25
28
25
25
25
25
28
28
25
25
25
25
25
25
25
25

ＨＰ稼働ハウス内気温（蓄熱水槽水温条件）℃
Ｃ
11(かつ水槽13℃以上)
11(かつ水槽13℃以上)－
10（かつ水槽７℃以上）
11（かつ水槽13℃以上）－－－－
11（かつ水槽７℃以上）
11（かつ水槽７℃以上）
10－10（かつ水槽７℃以上）
10（かつ水槽７℃以上）
10（かつ水槽７℃以上）
10（かつ水槽７℃以上）
10（かつ水槽７℃以上）－

夜
補助暖房稼働温度 ＨＰ停止
（重油）
水槽水温
℃
℃
Ｄ
10.5
13
10.5
13
11（重油のみ）
－
9.5
7
10.5
13
10
－
10
－
10
－
10
－
10.5
7
10.5
7
9.5
7
10（重油のみ）
－
9.5
7
9.5
7
9.5
7
9.5
7
9.5
7
10（重油のみ）－

注1．表中のA～Dは，第2図のA～Dにそれぞれ対応している．
2．試験4のHP稼働ハウス内気温の蓄熱水槽水温条件では，2月以前は11℃ （かつ水槽13℃以上）．
3．試験７では，システム実証区のみ最適な保温資材を導入し，かつ棟上散水も実施した．

試験１

蓄 熱式環 境制 御シ ステ ムにお ける ヒー トポ

ンプ冷房稼働開始温度の検討 (2013年度)

機が稼働されるハイブリッド運転とした. 慣行区は，日中の天窓開始温度を25℃に設定し，重油暖房機のみ使用しハウス

試験は, 鉄骨温室A2棟を用い，本システムを用いたシス

気温11℃で稼働開始した. 処理は，12月，1月，2月の各月

テム区と慣行ハウスを用いた慣行区を設けた．さらに，システに行い，処理期間が連続して3日以上になるよう行った. 12

ム区は，日中 (8時から17時) の天窓開始温度を28℃としヒ月の処理は，システム改善区が2013年12月21日から12月23

ートポンプ(冷房)稼働開始温度を24℃とするシステム改善区日，システム通常区が12月24日から12月26日とした．1月のとヒートポンプ(冷房)稼働開始温度を27℃とするシステム通処理は，システム改善区が2014年1月8日から12日，システム

常区の2処理区を設定した．システム区において夜間 (17時

通常区が1月14日から18日とした. 2月の処理は，システム改から8時) は，ハウス内気温が11℃まで低下した場合，ヒート

善区が2014年2月22日から24日，システム通常区が2月19日

ポンプの稼働が開始され (但し，蓄熱水槽の水温が13℃以から 21日とした．なお，各処理の設定はデータ測定日の前上が条件)，ハウス気温が10.5℃に低下した段階で重油暖房日から行った. 測定を実施した施設では，養液栽培でトマト

15栃木県 農業試験 場研究報告 第 77号

を収穫中であり，供試品種は，トマト品種「麗容」を用い，台25℃，システム通常区が28℃とした．システム通常区におい木品種を「ブロック」とし，2013年7月17日に播種し，8月21日て夜間 (17時から8時) は，ハウス温度が11.5℃となった時に定植した. 栽培様式は，株間23cm，畝間200cmの1本仕点で自然放熱のための送風運転が開始され，11℃以下でヒ立て2条振り分けとし，誘引線高さ3mのハイワイヤーを用いた

ートポンプ暖房が，10℃以下で重油暖房も稼働されるハイブ

つる下ろし栽培とした. 炭酸ガスは，いずれの区も日の出か

リッド運転とした．一方，システム改善区では，それぞれの稼ら日没2時間前まで，400ppmを維持できるよう施用した.

働温度が通常区より1℃低い条件とするハイブリッド運転とし調査は，環境データとして外気温，ハウス内気温，ハウス

た．システム改善区は，2015年1月5日から8日，システム通外日射量をmidiLOGGER GL220(グラフテック(株))で1分お

常区は2014年1月9日から12日に処理を行った．測定を実施

きに測定した．熱収支として，蓄熱水槽内の水温の推移，炭した施設では，養液栽培でトマトを収穫中であり，その供試

酸ガス発生装置，補助暖房機，ヒートポンプの稼働に要する品種は，トマト品種 「麗容」 を用い，台木品種を 「ブロック」

燃油および電力の使用量を調査し，これらを基に以下の項とした．システム通常区の栽培概要は試験1のとおりとし，シ目の数値を算出した．

ステム改善区は，2014年7月15日に播種し，接木後8月28日

HP蓄熱量＝(蓄熱時間帯のHP入水温－蓄熱時間帯のHPに定植した．栽培様式は，試験１と同様とした．炭酸ガスは，

出水温)×流量

日の出から日没2時間前までとし,システム改善区が400から炭酸ガス施用器余剰熱量＝(ボイラ出水温－ボイラ入水温)

800ppm，システム通常区が400ppmを維持できるよう施用した.

×ボイラ流量調査は，ハウス内気温，外気温，蓄熱水槽水温をマキシ

総蓄熱量＝(蓄熱水槽水量×蓄熱水槽の蓄熱時間帯最高マイザー (Priva社) で5分おきに測定した．ただし，2015年

最低の温度差)1月22日0時から9時25分のデータはマキシマイザーのデー

自然蓄熱量＝総蓄熱量－(HP蓄熱量＋炭酸ガス施用器余

タ欠損のためmidiLOGGER GL220 (グラフテック(株)) の測

剰熱量

定値を利用した．

HP暖房熱量＝(暖房時間帯のHP入水温－暖房時間帯のHP出水温)×流量
料×燃料単位発熱量

試験３ サイドカーテンの違いがハウス保温効果に及ぼす影響 (2013年度)
試験は，栃木県農業試験場内の1棟54.6㎡ （間口5.2ｍ

対流熱損失＝((地温－ハウス気温)×ハウス床面積×対流×奥行10.5m，軒高3.35m) のガラス温室3棟を用いて行った．

熱伝導率，ハウス床面積201.6㎡，対流熱伝達率5w/㎡k)

処理区は，サイドに中空二重構造資材 (エコポカプチ，川上

重油暖房機発熱量＝暖房機稼働時間×時間当たり消費燃

44放射熱損失＝((地温＋273.15) －(ハウス気温＋273.15) )×

産業 (株)) を用いた中空二重構造1区と中空二重構造資材

ハウス床面積×放射率×ボルツマン定数，ハウス床面積(サニーコート，宇部エクシモ (株)) を用いた中空二重構造2-8201.6㎡，放射率0.7，ボルツマン定数5.67×10 )区と空気膜二層 (W快適エアーカーテン，(株) 三菱樹脂ア

推定地中放熱量＝対流熱損失＋放射熱損失

グリドリーム） を用いた空気膜二層区の3処理区およびLSス

蓄熱水槽自然放熱量＝(蓄熱水槽水量×蓄熱水槽の暖房

クリーン，((株)誠和。) を用いた慣行区を設定した．測定は，時間帯最高最低の温度差)－HP暖房熱量

空気膜二層区を固定し各区を順次張り替えて比較した．中

蓄熱水槽放熱量＝蓄熱水槽水量×蓄熱水槽の暖房時間帯

空二重構造1区が2014年1月11日から13日，中空二重構造2

最高最低の温度差

区が2014年1月6日から1月8日，慣行区が2014年1月16日か暖房に利用した熱量＝蓄熱水槽放熱量＋HP暖房熱量

ら1月18日に調査した．

システム運転消費電力量(蓄熱＋暖房の消費電力)＝循環ポ

温度設定は，天窓換気25℃，暖房機設定10℃とし，保温ンプの消費電力＋HP本体の消費電力，循環ポンプは蓄熱

カーテンは16時から9時に閉とした．

水槽とHPおよび炭酸ガス施用器間の水の循環に利用

調査は，温度センサを高さ2.55mに設置し，ハウス内気温，
燃料消費量，消費電力 (空気膜二層区のみ） をmidiLOGG
ER GL220 (グラフテック(株)) で1分おきに測定し，慣行区の燃料消費を100として比較した．

システムのエネルギー消費効率(COP)＝暖房に利用した熱量／システム運転消費電力量
エネルギーコストは，電力26.0円/kwh，灯油97.0円/L，LPG
0.47円/L，A重油98.0円/Lで算出した．
試験２ 蓄熱式環境制御システムにおける夜間のヒート
ポンプ暖房停止水温の検討 (2013年度，2014年度)
試験は，本システムを用いた鉄骨温室A1棟を用いて行っ試験４ 棟上散水の有無がハウス保温能力に及ぼす影響(2013年度)
試験1と同様に鉄骨温室Ａ1棟を用いて，本システムを用いたシステム散水有区およびシステム散水無区の2処理区を設けた．

た．ヒートポンプ (暖房) 稼働停止水温を7℃とするシステム

棟上散水は，スプリンクラー （サンホープ(株)) のノズルを改善区と13℃とするシステム通常区の2処理区を設定した．

用い東西ハウスサイド軒面に9m間隔で各3台設置した．設置

日中 (8時から17時) の天窓開始温度は，システム改善区が16

蓄熱式環 境制御シ ステムを用 いたトマ トの高生産 ・省エネ ルギー栽 培技術の開 発は，南北のスプリンクラーは，90度の首振りタイプ (スプリンクを計測した. また，果実品質は，可販果における健全果及ラーMP3000 90°)，中央のスプリンクラーは180度の首振り

び空どう果，乱形果，小果(60gから79g)等を調査した. 糖度

タイプ (スプリンクラーMP3000 180°) を用いた．散水は，および酸度は，1処理4果をジューサーで粉砕し，ろ液を糖

ハウス棟面に向け，地下水をポンプで汲み上げ地下タンクに度計 (ATAGO RX-5000)，酸度測定器 (平沼産業(株) 自

貯めた水を，散水量1.57t/h/棟として17時から8時まで行っ

動滴定装置 COM-1500) を用い，月2回概ね14日間隔で調た．処理は，12月，1月，2月の各月に行った．12月の処理は，査した.

システム散水有区が2013年12月3日から4日，システム散水
無区が12月8日から9日とした．1月の処理は，システム散水

試験６

有区が2014年1月20日から23日，システム散水無区が1月25を実現するための品種及び栽培様式の検討 (2014年度)

蓄熱式環境制御システムにおけるトマトの多収日から28日とした．2月の処理は，システム散水有区が2014

試験1と同様に本システムを備えた鉄骨温室A1棟を用い，

年2月26日から27日，システム散水無区が2月23日から24日

第3表のとおり10a当たりの裁植密度や側枝利用および品種とした. 温度管理は，昼温28℃，夜温11℃を目標とした．測・系統を組み合わせた3処理区と標準区の4処理区を設けた．

定を実施した施設では，養液栽培でトマトを収穫中であり，システム標準区は，トマト品種 「麗容」 を用い10a当たりの定供試品種，栽培様式は，試験1と同様とした．

植本数を2173株とし側枝を発生させない栽培とした．システ

調査は，環境データとして外気温，ハウス内気温，ハウス

ム標準側枝区は，トマト品種 「麗容」 を用い10a当たりの定外日射量をmidiLOGGER GL220 (グラフテック(株)) で1分

植本数を2173株とし，3株に1本の割合で1月下旬に花房直おきに測定した．熱収支として，蓄熱水槽内の水温の推移，下に発生した側枝を利用した．システム密植側枝1区は，トマ

炭酸ガス発生装置，補助暖房機，ヒートポンプの稼働に要すト品種 「麗容」 を用い10a当たりの定植本数を2777株とし，3る燃油および電力の使用量を調査し，これらを基に蓄熱量，株に1本の割合で1月下旬に花房直下に発生した側枝を利

放熱量(暖房利用熱量)，余剰熱量を算出した．

用した．システム密植側枝2区は，トマト系統 「安濃交9号」
を用い10a当たりの定植本数を2777株とした．側枝利用は，試験５

蓄熱式環境制御システムがトマト生産に及ぼす影響 (慣行ハウスとの比較)(2014年度)
試験1と同様に鉄骨温室A2棟を用い，本システムを用いたシステム区と慣行ハウスの慣行区の2処理区を設けた．

システム密植側枝1区と同様とした．また，各処理区とも台木
品種は 「ブロック」 とし，2014年7月15日に播種し，接木後8月28日に定植した. 栽培様式は, 定植本数が2173株の区は株間23cm, 定植本数が2777株の区は株間15cmとした．

温度管理は，両区とも日中 (8時から17時) の天窓開始温株間以外は試験1と同様とし，システム密植側枝1区およびシ度を25℃，夜温10℃を目安とした．システム区は，ヒートポン

ステム密植側枝2区は，12月上旬から花房間の葉の1枚摘葉

プ (冷房) 稼働開始温度を20℃とし，蓄熱水槽水温が20℃

を3花房分行った．収穫は2014年11月から開始し，摘心をに達するまで稼働させ，夜間 (17時から8時) は，蓄熱水槽

2015年6月22日に行い，7月30日まで行った. 培養液処方お水温が7℃以上あればハウス温度が10.5℃となった時点で自よび温度管理は, 試験5と同様とした．

然放熱のための送風運転が開始され，10℃以下でヒートポ

なお， 「安濃交9号」 は，国立研究開発法人農業・食品

ンプ暖房が，9.5℃以下で重油暖房も稼働されるハイブリッド

産業技術総合研究機構で育種された系統で，国立研究開運転とした．慣行区は，重油暖房機のみ使用しハウス気温10

発法人農業・食品産業技術総合研究機構の了解を得て試℃で稼働開始した．炭酸ガスは，両区とも日の出から日没2験を行った.

時間前まで，400から800ppmを維持できるよう施用した．1処
理区10株2反復として行った．
供試品種は，トマト品種 「麗容」 を用い，台木品種を 「ブ調査は，環境データとしてハウス内気温，炭酸ガス濃度をマキシマイザー (Priva社) で5分おきに測定した．生育調査，収量調査および果実品質調査は試験5と同様に行った．

ロック」 とし，2014年7月15日に播種し，接木後8月28日に定植した．栽培様式は，試験１と同様とし，各花房は概ね5果に第3表摘果した．収穫は，2014年11月から開始し，摘心を2015年6

試試験区の構成験

区

品種・系統

月22日に行い，7月30日まで行った. 培養液処方は栃木農
試トマト改良2号とし，育苗期間の給液ECは1.0dS/mで管理し，本圃における給液管理はEC1.0dS/mから1.4dS/mとし，給液量は排液が2割程度になるようかけ流した.

システム標準側枝区
システム密植側枝1区
システム密植側枝2区
システム標準区

麗 容
麗 容
安濃交9号
麗 容

栽植密度 側枝利用の有無
株/10a
2173
○
2777
○
2777
○
2173
×

調査は，環境データとしてハウス内気温，ハウス外日射量，ハウス内相対湿度をmidiLOGGER GL220 (グラフテック(株))試験７

蓄熱式環境制御システムにおける省エネ効果ので1分おきに測定した．

実証 (2014年度，2015年度)

生育期には，各花房の開花日を調査した. 収穫期には，1

試験1と同様に鉄骨温室A2棟を用い，本システムを用いて果重が60g以上で販売可能な果実を可販果とし，果数，果重

覆資材をXLS-10 ((株)誠和。) およびサイドにサニーコート

17栃木県 農業試験 場研究報告 第 77号(宇部エクシモ(株)) を設置し，17時から8時まで棟上散水をによる蓄熱が12時まで行われ，天窓が開いた時刻は，システ

行うシステム実証区と慣行ハウスを用いて被覆資材のXLS-

ム通常区より1時間遅かった．また，蓄熱水槽水温は，両区と10のみを設置し棟上散水を行わない慣行区の2処理区を設も10時から徐々に上昇し16時に最高温度になり，システム通けた．

常区が18.6℃に対しシステム改善区は21.8℃と3.2℃高くな

温度管理は，両区とも昼温25℃，夜温10℃を目安に管理った．

した. システム実証区の温度管理は，本システムを用い，日蓄熱水槽蓄熱量を第4図に示した．外部積算日射量は第中 (8時から17時) の天窓開始温度を25℃，ヒートポンプ

5表に示したとおり各月とも試験区間で大きな差はないが，蓄(冷房) 稼働開始温度を20℃とし，蓄熱水槽水温が20℃に達熱量はいずれの月もシステム改善区がシステム通常区より高するまで稼働させた．夜間 (17時から8時) は，蓄熱水槽水くなった．特に，ヒートポンプ蓄熱量は，システム通常区に対温が7℃以上あればハウス温度が10.5℃となった時点で自然してシステム改善区が高く，12月は3.4倍，1月は2.1倍，2月

放熱のための送風運転が開始され，10℃以下でヒートポン

は1.9倍であった．

プ暖房が，9.5℃以下で重油暖房も稼働されるハイブリッド運

夜温11℃を保つために必要な推定暖房負荷の熱量を100転とした．慣行区は，重油暖房機のみ使用しハウス気温10℃とした場合の月別暖房熱量の構成割合を第5図から第7図にで稼働開始した. 炭酸ガスは，両区とも日の出から日没2時示した．システム通常区の暖房熱量が慣行区を上回る場合間前まで，400から800ppmを維持できるよう施用した．

もあった (1月) が，それ以外は同等以下であった．一方，シ第4表に示すように供試品種は，トマト品種 「麗容」 を用

ステム改善区では慣行区との暖房熱量の差がより大きくなっ

い，台木品種は 「ブロック」 とし，2014年7月15日に播種し，た．蓄熱水槽自然放熱量は，いずれの月もシステム改善区

接木後8月28日に定植した. 栽培様式は，試験1と同様としがシステム通常区に対して3～16％高かった．また，ヒートポ

た．収穫は，2014年11月から開始し，摘心を2015年6月22日

ンプ暖房放熱量も，いずれの月もシステム改善区がシステムに行い，7月30日まで行った. また，培養液処方は試験5と同通常区に対して5～6％高かった．重油暖房機による熱量割様とした．

合は，12月は差がなかったが，1月および2月はシステム改善

収量調査は，1処理区10株2反復として行った． 1果重が区がシステム通常区に対して23～39％低かった．特に2月は，60g以上で販売可能な果実を可販果とした. 使用燃料消費

日射量が多くなり蓄熱水槽の蓄熱量が増えた．蓄熱水槽自量については，上記システム条件で稼働した2015年2月から

然放熱やヒートポンプ暖房に利用できる熱量が多くなり，重2015年5月および2015年11月から2016年1月の消費量につ

油暖房機による熱量割合は低くなった．

いて比較した．

夜間のハウス内最低温度を11℃に保つために必要なエネ
ルギーコストを慣行区を100とした場合のエネルギーコストを

第4表

試験区の構成試 験 区
システム実証区
慣 行 区

品 種
麗 容
麗 容

第8図に示した．エネルギーコストは，システム改善区はシス

栽植密度 側枝利用の有無
株/10a
2173
×
2173
×

テム通常区に対し12月，1月は10％を多少上回る程度であったが，2月は約20％削減された．特に，重油暖房にかかるコストは，12月は16％，1月は22％，2月は40％と大幅に削減された．
システムCOPを第6表に示した．システム改善区およびシ
ステム通常区ともCOPは，2.9から4.4の範囲となった．いずれ

結果の月もヒートポンプ消費電力はシステム改善区で多く，特に蓄熱式環境制御システムにおけるヒートポンプ

日中の消費電力は多くなっが，暖房に利用した熱量も多くな

Ⅲ
試験１

冷房稼働開始温度の検討
処理期間中のハウス内平均気温，蓄熱水槽水温および外部積算日射量を第5表に示した．前述したように，試験区のった．12月のCOPは，システム改善区がシステム通常区に対して小さくなったが，1月および2月のCOPはほぼ同程度で熱利用効率を維持することができた．

処理期間は異なる．しかし，外部積算日射量は処理区間で大きな差は生じなかった．ハウス内の平均気温は，1月のシステム通常区の方が0.6℃高かったが，総じて大きな差はな

第5表

ヒートポンプ冷房稼働開始温度がハウス内
平均気温および蓄熱水槽水温等に及ぼす影響

かった．一方，蓄熱水槽の水温は明らかにシステム改善区の方が高く，2月にはシステム通常区との差が2.1℃に達した．
2月のハウス気温と蓄熱水槽水温の推移を第3図に示した．
ハウス内気温は，システム改善区，通常区とも慣行区より高く維持された．この傾向は，慣行区を設置した以下の試験でも同様であった．システム改善区は，10時からヒートポンプ冷房

18

ハウス内平均気温℃
蓄熱水槽水温℃
外部積算日射量 MJ/㎡/日

処 理 区
システム改善区
システム通常区
システム改善区

12月
14.1
14.0
14.7

1月
15.2
15.8
15.1

2月
16.3
16.1
17.6

システム通常区

14.2

14.2

15.5

システム改善区
システム通常区

8.1
8.0

8.8
9.7

15.5
15.2

蓄熱式環 境制御シ ステムを用 いたトマ トの高生産 ・省エネ ルギー栽 培技術の開 発

第3図

ヒートポンプ冷房稼働開始温度がハウス気温
および蓄熱水槽水温に及ぼす影響 (2月)

第6図ヒートポンプ冷房稼働開始温度が暖房熱量の構成割合に及ぼす影響 (1月)

注1．システム改善区のデータは，2014年2月22日から24日の平均
2．システム通常区のデータは，2014年2月19日から21日の平均
3．慣行ハウス気温のデータは，2014年2月22日から24日の平均

第7図

ヒートポンプ冷房稼働開始温度が暖房熱量の構成割合に及ぼす影響 (2月)

第4図ヒートポンプ冷房稼働開始温度が蓄熱水槽蓄熱量に及ぼす影響

注．炭酸ガス施用器余剰熱は，12月のシステム改善区およびシステム通常区で１となった以外は０だった．

第8図

ヒートポンプ稼働開始温度がエネルギーコストの構成割合に及ぼす影響

注1．慣行ハウス (慣行区) で日中25℃，夜間11℃で管理した時の重油消費および炭酸ガス施用のためのプロパンガス
消費に基づく光熱費を100とした場合の対慣行コスト
2．システム区のエネルギーコストは，重油消費，炭酸ガス施用のための灯油消費，HP蓄熱およびHP暖房で消費された光第5図

ヒートポンプ冷房稼働開始温度が暖房熱量の構成割合に及ぼす影響

熱費の合計

(12月)

19

栃木県 農業試験 場研究報告 第 77号

第6表

ヒートポンプ稼働開始温度がシステムCOPに及
ぼす影響

処 理
日中
システム改善区 6.7
12月
システム通常区 1.9システム改善区 8.1
1月
システム通常区 3.6システム改善区 18.8
2月
システム通常区 9.2
試験２

HP消費電力
暖房に利用
した熱量
kwh
kwh
夜間 ポンプ 合計
11.9 2.4 21.0 72.4
7.9 1.3 11.1 49.1
16.5 3.1 27.8 82.1
14.5 2.3 20.4 60.0
18.1 4.6 41.4 143.7
17.5 3.4 30.1 99.5

COP
3.4
4.4
3.0
2.9
3.4
3.3

蓄熱式環境制御システムにおける夜間のヒート

ポンプ暖房停止水温の検討
ヒートポンプ暖房停止水槽水温の違いによる蓄熱水槽水
温の推移を第9図に示した．蓄熱水槽水温は，朝に最低水温となりその後は徐々に上昇し，夕方に最高水温に達したの
ち夜間徐々に低下した．システム通常区の2014年1月9日から12日までの天気は，1月9日の曇雨天日以外は晴天日で，第9図

ヒートポンプ暖房停止水槽水温の違いが蓄熱

晴天日には日中ハウス内気温は25℃に達していた．蓄熱水

水槽水温に及ぼす影響

槽の水温が13℃まで低下した日は期間中毎日で，その時間

注1．システム改善区は2015年1月5日から8日．

は，1月9日1時55分から10時25分まで，1月9日18時15分から

2．システム通常区は2014年1月9日から12日．

1月 10日9時15分まで，1月10日21時から1月11日9時20分まで，1月11日23時45分から1月12日9時20分までであった．夜間のヒートポンプ暖房時間は17時から8時までだが，4日間とも稼働停止水温となりヒートポンプ暖房が稼働できず重油暖房となった時間は，6時間から13時間に及んだ．一方，システ
ム改善区の2015年1月5日から8日までの天気は，1月6日の曇雨天日以外は晴天日で，晴天日には日中ハウス内気温は25℃に達していた．蓄熱水槽の水温は，7時から9時までに最低水温になり，1月5日が7.4℃，1月6日が8.5℃，1月7日
が7.1℃，1月8日が8.7℃で，いずれの日もヒートポンプ暖房の稼働停止水温まで低下しなかった．
蓄熱水槽の水温は，曇雨天日はほとんど上昇しないが晴
天日は6～8℃程度上昇し，晴天日で比較するとシステム改第10図

日中の天気が蓄熱水槽水温に及ぼす影響

注．2015年1月21日から25日．

善区はシステム通常区に比べ1.5℃高くなった．
システム改善区における日中の天気が及ぼす影響につい

試験３て，蓄熱水槽水温の推移を第10図に示した．各日の日中のす影響

天候は，2015年1月21日および22日は曇雨天，1月23日は晴時々曇，1月24日は晴天だった．夜間の蓄熱水槽水温のサイドカーテンの違いがハウス保温効果に及ぼ

ハウス内気温は，いずれの区も概ね設定どおりに保たれた(データ省略)．

低下は，1月21日から22日が3.3℃，1月22日から23日が2.0

夜間の最低温度を保つために消費された暖房用燃料の℃，1月23日から24日が2.8℃，外気温が-3.3℃となった1月

消費量を灯油消費指数として第11図に示した．慣行区の灯24日から25日が6.9℃で，夜間はヒートポンプ暖房利用により油使用量を100とした場合の灯油消費指数は，中空二重構

2.0℃から6.9℃低下した．一方，集熱による日中の水温上

造2区が76と最も少なく，次いで空気膜二層区80，中空二重

昇は，曇雨天日は1℃に満たないが，晴天日は8.8℃が可能

構造1区91となった．

だった．曇雨天が連続2日続くと蓄熱水槽の水温は低下し続け，1月23日朝の最低水温は7.3℃となったが，ヒートポンプ
暖房の稼働停止水温の7℃までは低下しなかった．

20

電力消費量は，空気膜二層区でサーキュレーターが16時間稼働し，合計576wであった (データ省略)．

蓄熱式環 境制御シ ステムを用 いたトマ トの高生産 ・省エネ ルギー栽 培技術の開 発

第11図

サイドカーテンの違いがハウス保温効果に
及ぼす影響

第12図

注．灯油消費指数は，慣行区の灯油消費量を100として算出．

棟上散水の有無が蓄熱量に及ぼす影響

注．炭酸ガス施用器余剰熱は，12月のシステム散水無区で１となった以外は０だった．

試験４

棟上散水の有無がハウス保温能力に及ぼす影響

棟上散水に利用した水温は，1月の処理期間中は11.8℃から14.8℃，2月の処理期間中は14.6℃から15.5℃であった(データ省略)．
暖房時間帯におけるハウス平均気温を第7表に示した．ハ
ウス平均気温は，各月ともシステム散水有区がシステム散水
無区に対し同等もしくは高かった．
蓄熱量を第12図に示した．試験区の処理期間は異なるが，外部積算日射量は12月および1月の処理区間で大きな差はなく蓄熱量にも差は見られなかった．2月の処理期間における外部積算日射量は，システム散水有区がシステム散水無第13図 棟上散水の有無が夜間暖房発熱量に及ぼす影響

区に対し31％少なかったが，日射に対する蓄熱割合に差は

注．ハウス外気温と暖房設定温度から求められる推定暖房負荷

ほとんど見られなかった．

の熱量を100として，熱量の比較を行った (放熱係数を3.6kcal

夜間暖房発熱量を第13図に示した．夜間暖房発熱量は，/㎡h℃として求めた)．

各区の暖房負荷を100とした場合，システム散水有区がシス
テム散水無区に対し，12月は4％，1月は13％，2月は15％少試験５蓄熱式環境制御システムがトマト生産に及ぼすなかった．

影響 (慣行ハウスとの比較)
2015年1月24日から25日の日中のハウス気温を第14図に，

第7表

暖房時間帯におけるハウス平均気温

ハウス湿度を第15図に示した．ハウス内気温は，慣行区は9時30分に25℃に達した．一方，システム区はヒートポンプ

処 理 区

12月

1月

2月

システム散水有区
システム散水無区

12.5
11.1

11.3
11.2

12.7
12.5

(冷房) 稼働開始温度を20℃設定としたことによる蓄熱のた

ハウス平均気温 ℃

システム散水有区
システム散水無区

6.2
2.3

0.2
0.5

6.4
2.3

3時間をかけゆっくり上昇した．本試験では，ヒートポンプ (冷

外気平均温度℃

注．暖房時間帯は17:00から8:00とした．

めヒートポンプが9時から12時まで稼働し，ハウス内気温は，房)稼働開始温度を20℃に設定したが，8時から12時までのハウス内平均気温17.4℃であり，トマトの生育に影響は見られなかった (データ省略)．湿度は，システム区が9時から14時頃まで77%程度でほぼ一定に推移したが，慣行区は9時30分以降67％から80％の間で上下を繰り返し平均で72%とやや低く推移した．また，本試験におけるシステムCOPは3.9であり(データ省略)，試験1 (ヒートポンプ稼働開始温度を24℃に設定) のCOPと同等以上であった．
開花日を第8表に示した. 開花日は，システム区は慣行区に比べ第7花房から13花房までは2日から4日早くなったが，その他は差がなかった．
収量を第9表に示した．株当たりの総果数，可販果数，総収量および可販果収量ともシステム区が多く，単位面積当た

21栃木県 農業試験 場研究報告 第 77号

りの可販果収量は，システム区は慣行区に対し33％増収とな

果割合は，システム区が44%と慣行区より15％高く，軽度の空った．また，可販果率，可販1果重および収穫花房段数はシ

どう果や可販果小果の割合は，システム区がやや少なくなっ

ステム区が慣行区より多かった．

た．

果実品質を第10表に示した. 果実品質については，健全

第14図

果実糖度および果実酸度に差はなかった．

蓄熱式環境制御システムがハウス気温に第15図

及ぼす影響 (2015年1月24日)
第8表

蓄熱式環境制御システムがハウス湿度に及ぼす影響 (2015年1月24日)

蓄熱式環境制御システムがトマトの開花日に及ぼす影響 (2014年度)

処

理

開花日

月/日

第1花房

第7

第10

第13

第19

第22

システム区

9/18

11/20

1/3

2/20

5/6

6/2

慣行区

9/18

11/24

1/5

2/16

5/5

6/4

第9表

蓄熱式環境制御システムがトマトの収量に及ぼす影響 (2014年度)
１株当たり

処

理

総果数

可販果数 総収量

単位面積当 た り可販果

総果数 可販果数 総収量

可販果率 可
可販果

収量

販

収穫

１果重

花房

収量

果

果

kg

kg

果/㎡

果 /㎡

kg/㎡

kg/㎡

％

ｇ

段

システム区

98

83

14.9

13.1

212

181

32.5

28.4

85

157

23.0

慣行区

96

71

13.2

9.9

209

154

28.7

21.4

74

139

21.9

第10表

蓄熱式環境制御システムがトマトの果実品質に及ぼす影響 (2014年度)

処

理

可販果
上位等級 ％
健全果

軽度の

下位等級％
空どう果 だ円果 乱形果 小果 ざら果

非販果

果実

果実

％

糖度

酸度

その他

Brix%

％

尻腐果 小果

空どう果
システム区

44

8

16

4

7

5

0

4

5

5

5.0

0.47

慣行区

29

12

15

4

7

7

1

10

7

9

4.8

0.46

注1．下位等級の小果は，60g以上80g未満の果実．
2．非販果の小果は，60g未満の果実．
3．非販果のその他は，裂果，ざら玉果，乱形果，くず果．

試験６

蓄 熱式 環 境 制 御 シ ス テ ム に お ける ト マ ト の多収を実現するための品種及び栽培様式の検討

中は炭酸ガス施用により600ｐｐｍから800ppmが保たれていた．

ハウス気温と炭酸ガス濃度推移を第16図に示した．ハ

開花日を第11表に示した. 主枝の開花日は，システム標

ウス気温は，12時に25℃に達し14時までそのままの気温準区に比べシステム密植側枝1区が遅かった．一方，システを維持していた．また，炭酸ガス濃度は8時以前および16

ム標準側枝区，システム密植側枝2区は，第10花房以降早く時以降は450ppm程度であったが，8時から15時までの日

なった．

22

蓄熱式環 境制御シ ステムを用 いたトマ トの高生産 ・省エネ ルギー栽 培技術の開 発

収量を第12表に示した．標準区と標準側枝区との比較にシステム密植側枝2区で低かった．果実糖度は，システム密より，側枝を利用することで可販果数は増すが，１果重は小植側枝1区がやや低くかったが他区は同程度で，果実酸度

さくなるため，可販果収量は向上しなかった．さらに栽植密

は，いずれの区も同程度であった．

度を約30％高めても (密植側枝１区)，１株当たりの可販果数が減少し，増収は10％にとどまった．一方，安農交9号を用いることで，密植で側枝利用 (密植側枝2区) しても1株当たりの可販果数，1果重とも標準区と同等となり，可販果収量は約30％向上した．
単位面積当たりの主枝および側枝の月別可販果収量を第13表に示した．主枝の可販果収量は徐々に増加し，いず
れの区も4月が最も高い傾向が見られ，側枝は，4月から収穫開始となり6月が最も収量が多く，いずれもシステム密植側
枝2区が最も多かった．
果実品質を第14表に示した. 果実品質については，健全

第16図

果率は，システム密植側枝2区が49％と最も高く，他区は同ハウス気温と炭酸ガス濃度推移(2014年12月25日，晴天時)程度であった．空どう果割合は，システム密植側枝2区が32％とやや高い傾向であった．乱形果および小果の割合は，第11表

蓄熱式環境制御システムによる栽培方法の違いがトマトの主枝花房の開花日に及ぼす影響 (2014年度)

処

理

開花日

月 /日

第1花房

第4

第7

第 10

第 13

第 16

第 19

第 22

システム標準側枝区

9/19

10/18

11/23

1/3

2/10

3/22

4/30

5/27

システム密植側枝1区

9/21

10/20

11/26

1/6

2/21

4/2

5/9

6/5

システム密植側枝2区

9/18

10/17

11/22

1/2

2/5

3/16

4/27

5/24

システム標準区

9/18

10/16

11/20

1/3

2/20

3/30

5/6

6/2

第12表

蓄熱式環境制御システムにおける栽培方法の違いがトマトの収量に及ぼす影響 (2014年度)
１株当たり

処

理

総果数

可販果数 総収量

単位面積当 た り可販果

総果数 可販果数 総収量

収量

可販果率 可
可販果

販

１果重

収量

果

果

kg

kg

果/㎡

果 /㎡

kg/㎡

kg/㎡

％

ｇ

システム標準側枝区

108

93

14.1

12.6

233

201

30.7

27.4

86

136

システム密植側枝1区

98

85

12.8

11.4

272

235

35.5

31.6

87

134

システム密植側枝2区

99

90

15.0

13.9

275

249

41.7

38.7

90

156

システム標準区

98

83

14.9

13.1

212

181

32.5

28.4

85

157

第13表

蓄熱式環境制御システムにおける栽培方法の違いがトマトの主枝，側枝別の月別可販果収量に及ぼす影響 (2014年度)

処

単位面積当たりの可販果収量

理システム標準側枝区
システム密植側枝1区
システム密植側枝2区
システム標準区

主 枝
側 枝
主 枝
側 枝
主 枝
側 枝

kg/㎡

11月

12月

1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

合計

1.1

1.3

1.7

2.8

2.7

1.1

1.7

2.0

3.0

3.2

1.6

2.4

2.1

3.1

3.7

1.5

1.7

2.3

2.9

3.3

4.7
0.4
5.1
0.4
5.5
0.5
5.1

3.3
1.0
4.0
1.3
5.3
1.2
5.1

3.7
1.2
4.3
1.4
5.6
1.7
3.6

2.7
0.8
3.1
1.1
4.5
1.4
3.0

24.0
3.4
27.4
4.2
33.9
4.8
28.4

23

栃木県 農業試験 場研究報告 第 77号

表14表
処

蓄熱式環境制御システムにおける栽培方法の違いがトマトの果実品質に及ぼす影響 (2014年度)
理

可販果
上位等級 ％
健全果

軽度の

非販果

下位等級％

果実

％

空どう果 だ円果 乱形果 小果 ざら果

尻腐果 小果果実

糖度 酸 度その他

Brix %％

空どう果
システム標準側枝区

43

6

16

4

9

8

0

4

7

2

4.8

0.45

システム密植側枝1区

43

7

16

3

8

9

0

4

6

3

4.6

0.47

システム密植側枝2区

49

8

24

3

3

3

2

0

4

5

4.8

0.40

システム標準区

44

8

16

4

7

5

0

4

5

5

5.0

0.47

注1．下位等級の小果は，60g以上80g未満の果実．
2．非販果の小果は，60g未満の果実．
3．非販果のその他は，裂果，ざら玉果，乱形果，くず果．

試験７

蓄熱式環境制御システムにおける省エネ効果の実証
2015年12月29日から30日のハウス温度を第17図に示した．

証区は76万円となり，45％削減された．
生産物にかかるエネルギーコストについて第17表に示した．
なお裁植密度や品種による増収効果 (慣行ハウスとの比較)

システム実証区は9時から12時まで蓄熱が行われ，18時以降を示すため，試験6におけるシステム実証密植側枝1，2区のヒートポンプ暖房のみで最低温度が保たれ，暖房機の稼働結果も参考として示した．10ａ当たりの可販果収量は慣行区

は翌朝6時から7時までの短時間であった．蓄熱水槽の水温

21.4tに対しシステム実証区28.4ｔと33％増収し，生産物１kg

は，8時頃に最低温度17℃になったが，蓄熱により12時には当たりのエネルギーコストは，慣行区65.4円に対システム実

20℃に達し，17時以降は徐々に低下し，翌朝8時では17.5℃

証区は26.8円で，削減率は59％であった．また，裁植密度やとなった．一方，慣行区は16時から翌朝8時まで暖房機が連側枝利用を行ったシステム実証密植側枝1区の10a当たりの続して稼働していた．

可販果収量は31.6tと慣行区に対し48％増収し，エネルギー

2015年12月29日から30日のハウス湿度を第18図に示した．

コストは24.1円まで下がり，エネルギーコストの削減率を63％

湿度は，システム実証区が12時頃まで85％程度で推移し，にすることが可能であった．さらに，養液栽培に適した品種・

夜間は90％前後で推移した．これに対し，慣行区は日中，系統を利用したシステム実証密植側枝2区の10a当たりの可

夜間とも低く推移し，特に夜間は暖房機の稼働に応じて大販果収量は38.7tであり，慣行区に比べ約80％増収する可能幅に動き，両区の湿度差は，最大で25～30％であった．

性が示された。同様にエネルギーコストは19.6円/kgであり，月別の各エネルギー消費量を第15表に示した．暖房用Ａ
重油使用量は，システム実証区が慣行区の使用量の35％で削減率を70％にする可能性が示された．
2015年12月29日から30日の蓄熱量，放熱量および消費あった．

電力を第18表に示した．蓄熱水槽では，日中70.0kwh蓄熱さ

月別では，11月および2月以降の慣行区に対してシステム実れ夜間60.8kwh放熱された．ヒートポンプでは，日中35.1kwh

証区の使用量は少なく，特に3月以降はほとんど使われなか蓄熱され夜間4.0kwh放熱された．炭酸ガス施用装置用ボイった．

ラからは日中1.3kwh蓄熱された．本システムを稼働させるた本システムの暖房にかかる光熱費を第16表に示した．暖房用Ａ重油燃料代，炭酸ガス発生器燃料代，ヒートポンプ電
気代の合計は，10ａ当たり慣行区140万円に対しシステム実24めに必要な消費電力は，循環ポンプ0.1kwhとヒートポンプ本体の12.0kwhでシステムCOPは，5.4と高い値を示した．

蓄熱式環 境制御シ ステムを用 いたトマ トの高生産 ・省エネ ルギー栽 培技術の開 発

第17図

蓄熱式環境制御システムがハウス気温に及ぼす影響 (2015年12月29～30日)

第18図

蓄熱式環境制御システムがハウス湿度に及ぼす影響 (2015年12月29～30日)

第15表

蓄熱式環境制御システムが月別エネルギー消費量に及ぼす影響 (230.4㎡ハウス実測値) (2014，2015年度)
処

暖房用Ａ重油

Ｌ

消費量

理

1月

2月

システム実証区

11月
12月
20(19) 197(35)563(56) 171(26)

3月

4月

5月

合計

16(4)

6(12) 0.1(3)973(35)

慣 行 区

104

567

997

662

402

49

4

2,785

kwh

システム実証区

66

223

280

805

440

155

18

1,987

慣 行 区

-

-

-

-

-

-

-

-

炭酸ガス

Ｌ

システム実証区

13

68

56

67

49

42

2

297

燃料使用量

㎥

慣 行 区

3

18

13

16

12

20

22

104

ヒートポンプ
電気使用量

注1．Ａ重油消費量は，2月～5月は2015年2月～5月，11月～1月は2015年11月～2016年1月のデータ．
2．( ) は，慣行を100とした場合の暖房用Ａ重油消費割合．
3．炭酸ガス燃料使用量は，蓄熱区は灯油 (L/月) を使用．慣行区はLPG (㎥/月) を使用．

第16表

蓄熱式環境制御システムが光熱費に及ぼす影響 (230.4㎡ハウス実測値を10ａ換算)(2014，2015年度)
Ａ重油

処 理

炭酸ガス発生器
燃料代
金額
万円

ヒートポンプ
電気代
金額
万円

光熱費合計

光熱費削減率

金額
万円

％

消費量
KL

金額
万円

システム実証区

4.2

41

13

22

76

45

慣行区

12.1

119

21

-

140

-

注．コストは，LPG0.47円/L，電力26円/kwh，灯油97円/L，重油98円/Lとして計算．

25

栃木県 農業試験 場研究報告 第 77号

第17表

蓄熱式環境制御システムが生産物１kg当たりのエネルギーコストに及ぼす影響 (2014，2015年度)
光熱費

可販果収量

万円/10ａt/10ａシステム実証区

76

慣 行 区

140

システム実証密植側枝1区(参考)システム実証密植側枝2区(参考)処

注．可販果収量 (第18表

生産物１kg当たりにかかるるエネルギーコスト

エネルギーコストの削減率

円/kg

％

28.4 (133)

26.8

59

21.4 (100)

65.4

0

76

31.6 (148)

24.1

63

76

38.7 (181)

19.6

70

理

) は，慣行区の可販果収量を100とした場合の指数．

蓄熱式環境制御システムが蓄熱，放熱および消費電力に及ぼす影響 (2015年12月29～30日)
自然放熱

処

生産物１kg当たりにかか

蓄熱水槽

ヒートポンプ

理

炭酸ガス

消費電力

施用装置
kwh

日

中

34.9

夜

間

-

合

計

用ボイラ
蓄熱量

放熱量

蓄熱量

放熱量

蓄熱

循環ポンプ

ヒートポンプ本体

kwh

kwh

kwh

kwh

kwh

kwh

kwh

70.0

-

35.1

-

1.3

0.1

10.7

4.0

-

0.0

1.3

0.1

12.0

60.8

注1．暖房に利用した熱量＝蓄熱水槽放熱量 (蓄熱水槽水量×蓄熱水槽の蓄熱時間帯最高最低の温度差)＋HP暖房熱量 (暖房時間帯のHP入水温-暖房時間帯のHP出水温)×流量
2．システム運転消費電力量 (蓄熱＋暖房の消費電力)＝循環ポンプの消費電力＋HP本体の消費電力
3．システムCOP＝暖房に利用した熱量／システム運転消費電力量＝64.8／12.1＝5.4

Ⅳ

考察

本システムを利用し温室内熱エネルギーを効率良く蓄積

いため水温の上昇は1℃に満たないが，晴天日は最大9℃
程度上昇することを明らかにした．

させるためには，ヒートポンプの稼働条件を操作することが最

冬期でも日射量が多いと換気によりハウス内湿度は大きくも有効である．蓄熱開始温度が低くなればヒートポンプ冷房

低下し，萎れを引き起こしたり気孔を閉じるといった光合成をの稼働時間も早まり，長時間の蓄熱により，蓄熱水槽の水温低下させる要因になる．また，閉鎖環境では日射量が多いと上昇に繋がったと考えられる．システム改善区は蓄熱量が多

ハウス内の炭酸ガス濃度は低下し，光合成速度が低下する

くなったことで，システム通常区に比べて夜間暖房へのヒート

ことが知られている．さらに，日中炭酸ガス施用を行っている

ポンプ暖房の寄与率を高め，重油暖房機の依存度を抑制す

場合，換気によりハウス内の炭酸ガス濃度は外気と同程度にることができた．ヒートポンプを利用することで，消費電力は低下し，外気以上の濃度での施用は効率が悪くなる．吉田・

多くなったがエネルギーコストは改善区が通常区より約10～

松本 (2010) や木野本ら (2013) は，ハウス内相対湿度は20％削減することができ，さらに重油暖房にかかるコストは，高いほど光合成速度が速まる要因と考えられるとし，さらに12月は16％，1月は22％，2月は40％と大幅に削減されること

畠山ら （2017） は半閉鎖環境下では天窓換気を制限可能がわかった．暖房に利用した熱量とシステム運転消費電力

で，炭酸ガス濃度をある一定レベルで維持できることから，光量で算出したシステムCOPは，システム通常区とほぼ同程度

合成速度が高まるとしている．実際に，本システムを利用しての3程度を維持することができ，COPを下げることなく効率的栽培を行ったシステム区は，ヒートポンプ冷房の稼働によりゆな稼働方法であることが判明した．

っくりとハウス内気温が上昇することで急激な湿度低下が抑ヒートポンプ稼働停止水温が13℃では，加温が必要であるにもかかわらずヒートポンプ暖房が停止する水温となり，重油えられるとともに効果的な炭酸ガス施用が行われ，慣行区に比べ生育が促進し増収となった．

暖房のみの加温になった．その時間は，厳寒期には夜間13

密植栽培は，小玉果や空どう果を増加させる (田中ら，時間に及ぶこともあり，蓄熱水槽の熱を夜間暖房に有効に利

1982；羽石ら，2005) ことが知られている．特に冬期の寡日照用できない期間は，12月上旬から3月中旬までと長期間であ下における密植栽培は果実品質の低下が見られることから，った．一方，ヒートポンプ稼働停止水温を7℃とすることにより，

本試験では定植時から栽植密度を通常の1.3倍程度に抑え，ヒートポンプ暖房が夜間停止することはなく，蓄熱水槽に蓄

日射の強くなる春先以降に定植株の1/3程度の側枝を増枝

熱された熱エネルギーが暖房に有効に使われた．蓄熱水槽することにより4月以降増収する．季節の気象条件に応じた

水温は日中の蓄熱で確保されるが，曇雨天日はハウス内気

適切な草姿によって，10ａ当たりの可販果収量は31.6ｔとなっ温が蓄熱開始温度に達せず，ヒートポンプ冷房が稼働しなた．さらに，養液栽培に向く安濃交9号を利用することで増収26

蓄熱式環 境制御シ ステムを用 いたトマ トの高生産 ・省エネ ルギー栽 培技術の開 発

し，10ａ当たりの可販果収量は，慣行栽培21.4tに対して38.7tと約80%増収する可能性が示された．

引用文献
羽石重忠・石原良行 (2005) トマト促成栽培におけるハイ本システムを補完するため，夜間の保温方法について検ワイヤー整枝法の特性. 栃木農試研報55：15-26

討した．サイドカーテンでは保温効果の高い中空二重構造

畠山昭嗣・中西達郎・重野貴・飯村一成・大橋隆・大橋幸資材（サニーコート）と棟上散水を組み合わせ，システムを稼雄・植木正明 (2017) 畜熱式環境制御システムを用働させた2015年12月 29日から30日のハウス環境と熱収支をいたイチゴの省エネルギー栽培技術．栃木農試研報

見ると，日中9時から 12時までの蓄熱により，夜間の最低温

75：55-61

度はヒートポンプ暖房でほぼ保つことができた．夜間暖房に

稲田秀俊・水野 (山邉) あずさ・中原正一 (2010) トマトの利用され蓄熱水槽の水温は約3℃低下するが，翌日が晴天

葉の気孔拡散伝導度および蒸散速度に対する環境

であれば3時間程度の蓄熱で水温は回復した．晴天日の条

要因の影響茨城県農業総合センター園芸研究所研件下であれば1時間程度のヒートポンプ冷房と炭酸ガス施用の蓄熱により蓄熱水槽の水温を1℃上昇させることが可能で究報告17：17-22
稲田秀俊・菅谷龍雄・袴塚紀代美・中原正一・植田稔宏

あり，蓄熱水槽水温が 20℃に保たれた状態から曇雨天が連(2011) 促成栽培トマトの収量に対する施設内の温度，

続3日以内であれば蓄熱水槽からヒートポンプ暖房ができ，相対湿度，飽差および二酸化炭素濃度の影響に関十分な実用性が期待できる．

する現地調査．茨城県農業総合センター園芸研究

本システムを利用することで，暖房用エネルギー消費量が所研究報告18：9-15

少なくなるとともに収量が慣行に対し33％向上し，生産物1kg

岩崎泰永・鈴木真実・梅田大輝・松尾誠治・安東赫・高市

当たりにかかるエネルギーコストは慣行の65.4円に対し26.8

益行 (2015) 施設園芸用ハウスの換気抑制を目的と円と59％の削減となった．また，栽植密度を慣行の1.3倍程した冷房における空気熱源ヒートポンプ，家庭用ヒー

度にし1月下旬から側枝利用により裁植密度の約3割の増枝

トポンプおよび蓄熱槽利用型ヒートポンプの運転特を行うことで，慣行に対し収量は48%向上し，生産物1kg当たりにかかるエネルギーコストは63％削減された．さらに，多収性品種との組み合わせにより，10ａ当たりの可販果収量は慣性比較．野菜茶業研究所研究報告14:65-74
株式会社誠和 (2015) 温室用栽培システム (蓄熱式環境制御システム) 特許第5830211号

行に対し約80％向上し，生産物1kg当たりにかかるエネルギ

河野徳義 (1987) 促成栽培トマトの生育に伴う換気ハウス

ーコストは70％削減ができる可能性が示された．なお，試験7の気象特性およびCO2濃度の変化．農業気象43(1)において昼間のヒートポンプ稼働温度を20℃とし，合わせて:15-20

最適な保温資材を導入し，棟上散水も実施することで，エネ

木野本真沙江・吉田剛・渡辺公博・伊澤健一 (2011) 蓄

ルギー消費効率の指標となるシステムCOPは，5.4にまで達

熱栽培環境制御システムを用いた高生産・省エネ技した．今後は，トマト栽培に好適な構造を模索するとともに，術の開発(第2報)トマト栽培の実証. 園学研11 (別1)

資材費のコストダウンを考慮したシステム開発を進める必要

：100

がある．

木野本真沙江・松本佳浩・吉田剛 (2013) 細霧冷房装置利用による相対湿度の制御がトマト生体情報および

謝 辞本研究を遂行するにあたり，静岡大学の鈴木克己教授，
東海大学の林真紀夫名誉教授，熱エネルギー利用部会ユ

収量品質に及ぼす影響．栃木農試研報71：27-31.
気象庁 (2016) 宇都宮地方気象台．半旬ごとの平年値(日照量) データ

ニットリーダーの柴田昇平主任研究員，農研機構の岩崎泰農林水産省 (2016) 平成27年産野菜生産出荷統計．都

永上席研究員には熱収支の評価方法など多くのご助言をい道府県別の作付け面積，収穫量，出荷量及び農業

ただいた．また，国立研究開発法人農業・食品産業技術総産出額 (年間計)．

合研究機構の松永啓上級研究員にはトマトの品種・系統の田中征勝・小餅 昭二 (1982) ハウス促成トマトの生育と果提供をしていただいた．栃木県農業試験場の齋藤芳彦氏，

実生産におよぼす栽植密度と摘心段位の影響．北湯田利夫氏，浅川利子氏，高野浩氏，小田切晃司氏，栃木

海道農業試験場研究報告135:83-99

県農業試験場いちご研究所の鈴木和吉氏には本試験の遂渡辺公博・伊澤健一・木野本真沙江 (2011) 蓄熱栽培環

行にあたり試験圃場の管理並びに調査等に多大なるご協力

境制御システムを用いた高生産・省エネ技術の開発をいただいた．また，本稿を執筆するにあたり，野菜研究室をはじめ関係者の方々に貴重なご助言・ご指導をいただいた．ここに記して厚く感謝の意を表する．

(第1報). 園学研11 (別1)：99
吉田剛・松本佳浩 (2110) 栃木農試野菜試験成績書平
成21年度：85-8827栃木県 農業試験 場研究報告 第 77号

28