技術研究報告第 44 号

2018.11

戸田建設株式会社

実証園芸施設における環境データ測定と栽培環境の管理
CONTROL OF CULTIVATIONAL CONDITION BY USE OF MEASURED ENVIRONMENTAL
DATA AT OUR EXPERIMENTAL HORTICULTURAL GREENHOUSE

中島 広志*1, 三浦 玄太*1, 大島 佳保里*1
Hiroshi NAKAJIMA, Genta MIURA and Kaori OSHIMAAt our experimental horticultural greenhouse which was built in Joso City, Ibaragi Prefecture, we have been measuring
environmental data such as temperature, humidity, concentration of carbon dioxide, illuminance, atmospheric pressure,temperature of culture medium, electric conductivity of culture medium and water content of culture medium.
These measured data are used to operate equipment such as side windows, roof windows, heater, carbon dioxide generator
and soil heater to adjust cultivation conditions like temperature in the greenhouse, concentration of carbon dioxide andtemperature of cultural medium.
In this report, we reviewed data measured during the first season, evaluated how we were able to control environment in
the greenhouse and considered what we should do to improve environment in the greenhouse from next season.

Keywords : Horticultural greenhouse, Data measurement, Cultivational condition
園芸施設，データ測定，栽培環境制御

2. TODA 農房の概要

1. はじめに

2.1 施設概要
施設名称：TODA 農房
所在地：茨城県常総市内
運営期間：2017 年 3 月～
主要設備：高設養液栽培ベッド，自動給液システム，環境制御システム，環境測定システム，栽培作物：イチゴ（品種：紅ほっぺ）
施設構成：

首都圏中央連絡自動車道常総インターチェンジ周辺地域では，常総市が中心となって，常総インターチェンジ周辺地域整備事業が実施されている．本事業では，農業生産から農産物の加工，販売，物流などを対象地内で一貫して行う，いわゆる「農業の 6次産業化」を実現する産業団地（農産物の生産を行う農地的土地利用エリアと，物流施設，食品加工施設，道の駅など産業的な土地利用を行う都市的土地利用エリア）の形成を目指している．
当社は土地造成工事を受注すると同時に，常総市と地元地権者団体と共同で，本事業の総合的な推進の役割を担う事業協力者として参画している．
この事業協力の一つとして，イチゴの栽培を例に，栽培技術や農業経営ノウハウの蓄積，地元住民への施設園芸への理解促進・普及推進を目的として，イチゴの施設園芸栽培を実践する実証園芸施設「TODA農房」を建設し，様々な検討を実施している．
実証園芸施設では，屋外および栽培ハウス内において，外気温，ハウス内温度，二酸化炭素濃度などの環境データを測定し，測定したデータを側窓・天窓・加温機などの設備機器の運転制御に使用し，ハウス内環境をイチゴの栽培に適した範囲に収まるよう管理している．
本報告では，上記観測データによる設備・機器の運転制御，栽培環境の制御状況を解析・評価し，今後の改良の方向性について検討した結果を述べる．
*1

戸田建設㈱技術開発センター

修士（農学）①

栽培ハウス：軽量鉄骨造フィルムハウス

間口 8m×2 連棟×奥行 30m，面積 480 ㎡②

育苗ハウス：押込み型パイプハウス，間口 6.3m

③×奥行 29m，面積 183 ㎡
選果・出荷作業所棟：鉄骨造 1 階建ユニット
ハウス，面積 54 ㎡

写真-1

高設栽培ベッド（栽培ハウス）Research and Development Center, TODA CORPORATION, M.Agr.

15-1

実証園芸施設における環境データ測定と栽培環境の管理

2.2 環境測定と栽培環境制御
実証園芸施設では，ハウス内および屋外に設置した各種センサーにより，気温や湿度などのデータを測定している．栽培ハウス内および屋外の測定項目を表-1 に示す．
また，測定した各種データに基づいて，ハウス内の各種設備・機器の運転を自動制御し，ハウス内の栽培環境を目標値に近づけるように管理している．
表-2 に管理した栽培環境項目と自動制御した機器，管理目標値を示す．
表-1 測定データ
計測場所

計測項目
温度，湿度，二酸化炭素濃度，日射量，栽培ハウス

気圧，培地温度，培地電気伝導度，培地

写真-3

天窓（はね上げ式）

写真-4

加温機（灯油炊き）

水分量
屋外

気温，湿度，日射量，風向，風速，紫外線量，降水量

表-2 管理した栽培環境項目と自動制御した機器
栽培環境制御機器

管理目標値

ハウス内側窓，天窓，8℃～25℃温度加温機（時期によって変動）

二酸化炭素

二酸化炭素

（日の出～11 時）

濃度

発生装置

項目

700ppm 以上
400ppm 以上（11 時～日没）
培地温度

温湯ボイラ

13℃以上

表-3 温度制御機器の概要と制御方法

3. 環境測定・管理結果

温度制御

3.1 ハウス内温度
ハウス内の温度管理は，側窓，天窓，加温機（写真-2～4 参照）を使用して行う．表-3 にハウス内温度
制御機器の概要と制御方法を示す．
ハウス内温度の測定，制御の事例を 2 つ示す．1
つ目の事例として，図-1 に 10 月の晴天日（2017.10.17）における気温とハウス内温度の測定結果を示す．10
月はハウス内の温度を 10℃～25℃の範囲に収まるように各機器の運転を制御している．

機器概要と制御方法

機器種類

ハウスの側面フィルムを巻き上げて開口部を作り，ハウス内温度を下げる．開口幅は側窓5 段階で，ハウス内温度が設定温度以上のときに段階的に作動させる．
大棟部に設置したはね上げ式窓により開口を作りハウス内温度を下げる．開口度は 4

天窓段階で，ハウス内温度を設定温度以下にするように作動させる．

加温機

ハウス内温度が設定温度になると灯油を燃焼し，ハウス内を加温する．

気温とハウス内温度2017.10.1

晴天

30

温度（℃）

252015105
00:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00

時刻
気温

写真-2

ハウス内温度

側窓（巻き上げ式）
図-1 気温とハウス温度(10 月晴天日)

15-2

技術研究報告第 44 号

2018.11

戸田建設株式会社

ハウス内温度は 1 日を通して，10 月の管理目標値（10℃～25℃）の範囲内に概ね収まっている．加温機の設定温度は 10℃としているが，気温が 1 日を通じて 10℃以下になっていないため，加温機は全く作動していない．
6 時頃から気温が上昇し，気温が 15℃以上になると，側窓が段階的に開放されることで外気が流入し，ハウス内温度を低下させるように働くが，気温の急激な上昇に若干追いついておらず，ハウス内温度と気温との間に最大 3℃程度の差が生じている．
ハウス内温度が 25℃に達すると天窓が開き，ハウス内の暖気が放出される．ハウス内温度が 25℃を大きく超過している時間はほとんどないことが確認できる．14 時以降は気温が徐々に低下するのに合わせてハウス内温度も徐々に低下しており，気温とハウス内温度の間に大きな差は生じていない．
気温とハウス内温度の差に着目すると，午前中の気温上昇時に気温とハウス内温度との差がやや大きくなっているが，環境制御の自在性を高めるためには，この差は小さいほうが望ましいと言える．気温とハウス内温度との差が生じた原因は，側窓の開放による空気移動が効果的に行われなかったためと考えられる．対策としては，側窓の作動温度と天窓の作動温度を同じ温度に設定し，側窓から流入した外気を天窓から効率的に排出するのが効果的と考える．
2 つめの事例として，図-2 に 1 月の晴天日（2018.1.1）
気温とハウス内温度の測定結果を示す．1 月はハウス内温度を 8℃～23℃の範囲に収まるように制御を行っている．側窓の作動開始温度は 13℃，天窓の設
定温度は 23℃，加温機の作動開始温度は 8℃である．

3.2 二酸化炭素濃度
光合成を促進し，果実などの成長を促進するために，二酸化炭素発生装置（写真-5）を使用して二酸化炭素濃度を上昇させている．表-4 に機器の概要と制御方法を示す．
管理目標値は日の出から 11 時までは 700ppm 以上，それ以降は 400ppm 以上としている．二酸化炭素濃度
は，日射量が強い時間帯には 1,500ppm 程度まで上昇させるのが望ましいが，日中は側窓，天窓を開放しており，燃料の浪費になる．したがって，日の出から 11 時 頃 ま で 二 酸 化 炭 素 濃 度 の 管 理 目 標 値 を700ppm 以上にし，11 時以降で側窓・天窓解放時は，二酸化炭素発生装置を稼働させずに，外気と同等の二酸化炭素濃度が維持されるようにした．
図-3 に 1 月の晴天日の事例として，2018.1.31 のハウス内の二酸化炭素濃度と日射量の測定結果を示す．

気温とハウス内温度 2018.1.1 晴天

表-4 二酸化炭素濃度制御機器の概要と制御方法

写真-5制御機器

30温度（℃）

機器の概要と制御方法
二酸化炭素濃度が，時間帯ごとに設定し2520た濃度を下回った時に灯油を燃焼させて1510二酸化炭素5発生装置

0-5二酸化炭素発生装置（灯油炊き）

は，日の出～11 時までは 700ppm 以上になるように作動させ，11 時以降，かつ，側窓，天窓が開放している場合は，装置

0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00

時刻
気温二酸化炭素を発生させる．今回の設定でを作動させない設定とした．

ハウス内温度図-2 気温とハウス温度(1 月晴天日)

二酸化炭素濃度と日射量 2018.1.31 晴天
900
800
700
600
500
400
300
200
100
080000
70000
60000
50000
40000
30000
20000
10000
0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00

時刻
二酸化炭素濃度日射量

図-3 二酸化炭素と日射量(1 月晴天日)

15-30

日射量(mw/㎡）

二酸化炭素濃度(ppm)

夜間の気温は氷点下であり，ハウス内温度は夜間徐々に低下する．ハウス内温度が 8℃以下になると加温機が作動し，8℃～10℃の間に維持している．ハウ
ス内温度は 1 日を通して，1 月時の管理目標値（8℃～23℃）の範囲内に概ね収まっていることが確認できる．
気温とハウス内温度の差に着目すると，午前中の気温の上昇に対して，ハウスの温度はより急激に上昇していることが確認できる．これは，10 月の事例と同様に側窓と天窓の設定温度が異なっており，側窓が単独で作動したときのハウス内温度低下機能が十分に発揮できていないためと考えられる．

実証園芸施設における環境データ測定と栽培環境の管理

図-5 に 1 月の低温日（2018.1.15）の事例として，ハウス内温度と培地温度の測定結果を示す．温湯ボイラの設定温度は 13℃である．

植物は日射の無い時間帯は呼吸により酸素を消費し二酸化炭素を放出している．気温が低く側窓・天窓とも閉鎖されているため，日没以降ハウス内の二酸化炭素濃度は徐々に上昇する．
日の出後，日射量が上昇すると光合成が行われ，二酸化炭素濃度が下降し始めるが，700ppm 以下になると二酸化炭素発生装置が稼働するため，700ppm 前後で二酸化炭素濃度が維持される．11 時以降は二酸化炭素濃度に関わらず，二酸化炭素発生装置は稼働しないため，結果として外気とほぼ同等の濃度（約400ppm）が維持される．
1 日を通した二酸化炭素濃度は，11 時ごろまでは700ppm 前後で推移し，その後日没まで外気と同程度の 400ppm 前後で推移しており，概ね意図した制御ができていることが確認できた．
日射量は 13 時過ぎをピークとして 11 時から 15 時位まで高い水準となっている．この時間帯の二酸化炭素濃度をより高く維持することができれば，光合成がより活発に行われ，収穫量の増加につながることが明らかである．現状は，燃料の浪費を防ぐために 11 時以降は二酸化炭素発生装置を作動させていな
いが，15 時頃まで二酸化炭素発生装置の稼働を延長することも検討する必要があると考える．

表-5 培地加温機器の概要と制御方法
制御機器

温湯ボイラボイラ（灯油炊き）により温湯を作成し，栽培ベッド内に設置した温湯管を循環させて培地を間接的に加温する．

ハウス内温度と培地温度 2018.1.15
30

温度（℃）

25201510500:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00時刻
ハウス内温度

培地温度

図-5 ハウス内温度と培地温度と日射量(1 月低温日)

夜間の低温時のハウス内温度は加温機によって8℃～10℃に維持されている．夜間の培地温度はハウス内温度より高くなっているが，ハウス内温度に近づくように徐々に低下し，培地温度が 13℃以下になると温湯管に温湯が循環され培地の温度は 12℃～13℃に維持されている．

3.3 培地温度
表-5 に培地加温機器の概要と制御方法を示す．
冬の低温時にイチゴを植えている培地温度が低くなりすぎると根の活性度が弱まってしまうため，培地内に設置した温湯管に温湯を循環させ培地の間接加温を行っている（図-4 参照）．温湯は温湯ボイラ（写真-6）を使用して作成している．

4. まとめ2017 年 3 月から運営している実証園芸施設「TODA農房」では，ハウス内および屋外で測定した気温や湿度などの測定データを用いて，各種機器類を制御し，ハウス内温度，二酸化炭素濃度，培地温度などを制御している．
ハウス内温度の制御では，側窓・天窓・加温機の組合せによって概ね目標管理値内に制御ができていることを確認した．側窓のみが単独作動した場合のハウス内温度の低下効果が乏しく，より効果的な方法として天窓との同時作動が推奨される．
二酸化炭素濃度の制御では，二酸化炭素発生装置の稼働により，概ね目標管理値の範囲内で制御できていることが確認できたが，11 時～15 時の強い日射量を光合成により有効に利用する必要性が示唆される．
培地温度の制御では，温湯ボイラの作動により，概ね目標管理値の範囲内で制御できていることが確認できた．

栽培ベッド（培地を充填）温湯管

図-4 栽培ベッド内温湯管

写真-6

機器の概要と制御方法
培地温度が設定温度以下になると，温湯

参考文献
1) 古在 他「最新施設園芸学」，朝倉書店，2006.1
2) 森下「イチゴの基礎知識」，誠文堂新光社，2014.8
3) 日本施設園芸協会，日本養液栽培研究会共編，「養液栽培のすべて」，誠文堂新光社，2012.7

温湯ボイラ（灯油炊き）

15-4