東京フューチャーアグリシステムの新展開

統合環境制御システムの低コスト化
報告書

令和6年3月28日
公益財団法人東京都農林水産振興財団
1

背景◼ 農総研では都市型農業向けに太陽光利用型の小規模植物工場「東京フューチャーアグリシステム® （以下、TFAS）」を開発しこれまでに、TFASによりトマト・キュウリ・パプリカで高収量生産ができることを実証してきた◼ TFASは小規模植物工場としては安価なものとして開発されたが、普及を促進するためには更なるコストダウンが求められている

東京フューチャーアグリシステム®
⚫ 東京ブライトハウス®
・採光性向上・資材費低減トマト/キュウリ等で試験⚫ トマト51t/10a等
高収量と高品質化を実証⚫ 東京エコポニック®
・廃液ゼロ
・資材費低減⚫ 統合環境制御装置
・リアルタイム制御
・温湿度、CO2濃度の最適化

普及促進のためにはさらにコストダウンが必要

2

目標◼ 低コストな環境制御装置を、都内に多く見られる小型ハウスに導入し、TFASと同様の環境制御をすること（低コスト環境制御コン
トローラ採用TFAS：以下「LC-TFAS」）を想定した試験を実施することで、その際のハウス内環境や制御機器の稼働、導入コスト等について明らかにする
TFAS

環境制御装置とハウスを低コスト化
TFASの環境制御装置
本体価格：250万円

東京ブライトハウス®
ハウス価格：1500万円※※500㎡のハウスを新築した場合

LC-TFASの環境制御装置
本体価格：150万円

高軒ハウス
既存のハウスを使用

LC-TFAS

低コスト化による変化を明らかにする・ハウス内環境・環境制御機器の稼働・初期導入コストと経営試算

3

実施スケジュール◼ 令和２年度：環境制御装置の選定とシステムの仕様設計◼ 令和３年度： LC-TFASハウスの改装及び検証環境の整備
TFASで採用されている制御モデル（光合成最適化モデル）を低コスト環境制御装置に組込めるように開発◼ 令和４年度：システムの検証◼ 令和５年度：試験のとりまとめ
R2年度
1Q

低コストな環境制御装置の開発2Q

3Q

システム仕様設計

R3年度
4Q

1Q

2Q

R4年度

3Q

4Q

光合成最適化モデルの実装1Q

2Q

3Q

R５年度
4Q

1Q

栽培システムの検証

2Q

3Q

4Q

とりまとめ
3/28▲
レポート公開ハウスの改装▲ハウス完成栽培と収穫▲定植
8月26日

▲栽培終了
３月31日

4検証環境5

検証ハウス◼ ハウス主骨材は、TFASではΦ60.5のパイプが採用し、ハウスの骨材を減らすことで採光性を高くしているのに対し、LC-TFASは都内で主に採用されているハウスと同様の、Φ48.6のパイプを使用した地中差込式のパイプハウスを供試◼ ハウスの被覆構造は、TFASでは採光性の良いフッ素樹脂フィルムを二重に張り、フィルムの間に空気膜を作ることで保温性を高めているが、LC-TFASの被覆材にはPOフィルムを用いて一重被覆とし、採光性と保温性がは劣るがTFASより資材費を安価にした低価格化
ハウス外観

LC-TFAS（市販のパイプハウス）

ハウスの仕様比較
LC-TFAS

TFAS

ハウス

市販のパイプハウス

東京ブライトハウス®

ハウスの規模単棟184m2（間口8m、奥行23m、軒高2.5m）

連棟240㎡（間口16m、奥行15m、軒高3m）

主骨材

Φ48.6

Φ60.5

被覆材

POフィルムフッ素樹脂フィルム

被覆方式

一重被覆

空気膜二重被覆

一般的なパイプハウス

高価で高性能15.8千円/m2

22.9千円/ｍ2

ハウス価格※※ハウス価格はフレーム+外装被覆+基礎工事の金額を栽培室面積で除した（税込み）

TFAS（東京ブライトハウス🄬）

6

環境制御コントローラ◼ TFASはシーケンサ制御の環境制御コントローラが採用されているのに対し、LC-TFASでは低コストなワンボードマイコンを搭載した環境制御コントローラを採用した◼ LC-TFASでは環境制御コンセプトとして光合成最適化モデル管理と多段式変温管理を選択可能にした◼ いずれの環境制御コントローラも専用のWEBアプリから環境制御機器の操作やハウス内環境の確認ができる
環境制御コントローラの比較

LC-TFAS

TFAS

制御系

ワンボードマイコン制御「Arsprout」

シーケンサ制御「DM-ONE」

環境制御コンセプト

光合成最適化モデル管理
多段式変温管理

光合成最適化モデル管理

WEBアプリの制御画面※光合成最適化モデル管理：純光合成速度が最大になるように、ハウス内環境を制御する管理方法
多段式変温管理：任意に時間ごとのハウス内温度を設定する管理方法

7

環境制御機器◼ LC-TFASでトマトを周年栽培可能になるように環境制御機器を選定した◼ TFASで温度および湿度の管理のため採用されているヒートポンプはコスト削減のため不採用とした環境制御機器の比較
LC-TFAS

TFAS

暖房機

燃焼式：灯油、AC200V、消費電力290W、熱出力
37.2kW、「KA‐325T」

燃焼式：灯油、AC200V、消費電力290W、熱出力
46.5kW、「KA-405T」

換気扇

Φ600、三相200V、200W、２台

Φ1000、三相200V、400W、４台

循環扇

Φ300、単相100V、35W、２台

Φ350、三相200V、47W、4台

側層モータ

DC24V駆動、消費電力48W/台、4台

DC24V駆動、消費電力48W/台、６台

温湿度計

強制通風式（ハウス内）、自然拡散式（ハウス外）

強制通風式（ハウス内）、自然拡散式（ハウス外）

天面カーテン

遮光保温兼用カーテン（遮光率30％）、DC24V駆動、消費電力48W/台、2台

遮光保温兼用カーテン（遮光率30％）、DC24V駆動、消費電力48W/台、4台

気化冷却システム

次項参照

CO2施用機ボンベ式：流量２L/m
電磁弁：「AB41-03-3」、AC100V、6.7W

ボンベ式：流量５L/ｍ
電磁弁：「SEV-502XF」、AC100V、7W

ヒートポンプ-

三相200V、暖房消費電力3400W、「ぐっぴーバズー
カーツインタイプ」

8

気化冷却システム（ネット＆ファン）◼ 暑熱対策として、TFASで採用されている水の気化熱を利用したシステム（ネット＆ファン）を、既存のハウスに取り付けることができるように改良◼ LC-TFASはハウス側面を一重構造にし、支柱にミストノズルを取り付けることで、ハウス資材費を削減（ TFASは外側窓と内側窓から構成される二重構造で、外側窓にミストノズルを取付）

LC-TFASのネット＆ファン模式図

TFASのネット＆ファン模式図

項目LC-TFAS

TFAS

ミスト
ノズル

「マイクロスプリンクラー
シングルヘッド」、噴霧
量：7.5L/h、粒子：65ミクロン

同左

ポンプ

DC24V駆動、18.9L/min「パーマックスプラス825000094」、168W

DC24V駆動、15.1L/min「パーマックス824000094」、132W

電磁弁

DC24V駆動 CKD
社製 「ADK11-20A」、 同左
10W

取付
位置

取付用支柱

外側窓注）「 」内は商品名、型番※ネット＆ファンハウス側窓を0.4mm目合防虫ネットにし、ミストを側窓ネットに噴霧し、外気が濡れたネットを通る際に気化熱によって空気を冷却する。冷却された空気をハウス内に取り込むことで温度を下げる。ハウス内の空気は妻面に設置した換気扇から排気する。
9栽培試験の概要◼ LC-TFASにおいてトマト（りんか®409）の栽培を行った◼ 作型は、栽培システムの検証期間に合わせて越冬短期栽培で行った◼ 栽培層にTFASで採用されているものと同様の東京エコポニックを採用した施設・栽培概要システム

東京エコポニック
タイマー式自動灌水装置
作型・栽培法： 越冬短期栽培・多段どり
栽培スケジュール
令和4年8月26日～令和5年3月31日
作期

栽培

栽培作業
温度管理

8月

9月

10月

11月

12月

1月

2月

3月

収穫期間

▼定植
光合成最適化モデル管理

多段式変温管理

光合成最適化
モデル管理

品目：トマト 品種：りんか®409
栽培密度：１区画8本（株間15cm、3420株/10a)※同期間にTFASにおいても栽培試験を行ったが、栽培槽の不調により栽培が失敗したため、収量等の比較データはない。
※栽培期間中のLC-TFASの温度管理は、試験期間中に1重被膜ハウスでは厳冬期の燃料消費量が多くなることが明らかとなったため、厳冬期は多段式変温管理によりハウス内最低気温を7℃以上に設定し、栽培を行った。
TFASは栽培期間を通して光合成最適化モデル管理により栽培を行った。
10検証結果

11ハウス内平均温度◼ LC-TFASとTFASの令和4年８月26日～令和5年３月31日のハウス内外温度を比較した◼ LC-TFASの平均内温度は、８月～９月は約26℃以上、10月～３月は12℃～17℃で推移した◼ TFASと比較し、LC-TFASは特に冬期のハウス内温度が低く、１月の積算温度はLC-TFASが373.6℃、TFASが521.6℃となり、トマトの生育に必要な積算温度を確保するためにはLC-TFASの方が期間を要した
4040

平均温度

平均温度
35353030302525252020201510温度（℃）

35温度（℃）

温度（℃）

4015101510555000-5-5-5-10-10-10LC-TFAS-158月

9月 10月 11月 12月 1月TFAS-152月

3月

グラフのプロットは平均値、エラーバーは標準偏差を示す

8月

9月 10月 11月 12月 1月

平均温度

ハウス外-152月

3月

8月

9月 10月 11月 12月 1月

2月

3月

12ハウス内最高温度◼ LC-TFASの平均最高内温度は、８月～９月は、換気と暑熱対策によりハウス外温度との差を４℃に抑え、10月～３月は26℃～29℃の間で推移した◼ ハウス内最高温度は、LC-TFASは39℃、TFASは35.3℃だった。また、平均最高温度が高く、標準偏差もLC-TFASの方が大きくなった◼ LC-TFASでは夏季においてハウス内が瞬間的に40℃近い気温になるため、栽培時は高温障害に注意が必要になる
平均最高温度

4040

月最高温度

月最高温度
3535303030252525202020151015151010555000-5-5-5-10-10-10LC-TFAS-158月

9月 10月 11月 12月 1月

TFAS-152月

3月

グラフのプロットは平均値、エラーバーは標準偏差を示す

平均最高温度
月最高温度

温度（℃）

35

温度（℃）

温度（℃）

40

平均最高温度8月

9月 10月 11月 12月 1月-152月

3月

ハウス外
8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月
13

ハウス内最低温度◼ LC-TFASの最低内温度は、８月～11月はハウス外温度と同程度で推移し、12月～3月は暖房の加温により3.5℃～9℃高く維持した◼ ハウス内最低温度は、 LC-TFASは3.9℃、TFASは8.0℃だった。また、平均最低温度が低く、標準偏差も実証ハウスの方が大きくなった◼ LC-TFASでは冬季においてハウス内が瞬間的に５℃以下の気温になるため、栽培時は低温障害に注意が必要になる
40

40

平均最低温度月最低温度

月最低温度35303030252525202020151035温度（℃）

35温度（℃）

温度（℃）

月最低温度

15101510555000-5-5-5-10-10-10LC-TFAS-158月

9月 10月 11月 12月 1月

TFAS-15
2月

3月

グラフのプロットは平均値、エラーバーは標準偏差を示す

8月

9月 10月 11月 12月 1月

平均最低温度40

平均最低温度ハウス外-152月

3月

8月

9月 10月 11月 12月 1月

2月

3月

14

暖房機器の稼働◼ 11月～3月にかけての暖房費はLC-TFASの方が多くなった。特に11月と12月は、1重被覆のLCTFASにおいて光合成最適化モデルで暖房を稼働させたため、燃料費が高くなったと考えられる◼ LC-TFASの暖房費のうち、燃料費が全体の割合の多くを占めた◼ TFASは暖房に燃焼式暖房とヒートポンプを併用しているため、燃焼式暖房の稼働が少なくなったと考えられる
暖房機の稼働にかかる費用
800

LCTFAS（燃焼式暖房電気料）
TFAS（燃焼式暖房電気料+ヒートポンプ電気料）

LCTFAS（燃焼式暖房燃料費）
TFAS(燃焼式暖房燃料費）

700

暖房費（円/10a）

600
500
400
300
200
10008月

9月

10月

11月

12月

1月

2月

3月
15

環境制御機器にかかる動力光熱費◼ 栽培期間中の栽培面積10aあたりの動力光熱費はLC-TFASが2,660,314円、TFASが1,857,108円となった◼ LC-TFASでは暖房に使用する灯油費が高くなっており、TFASの灯油費とヒートポンプの電気代の合計の149％となった

10aあたりの動力光熱費

LC-TFAS

TFAS

0500

1000

1500

2000

2500

3000（千円）

循環扇

換気扇

ネット＆ファン

CO2施用機

燃焼式暖房機（電気）ヒートポンプ

燃焼式暖房機（灯油）※本実証の環境制御機器
電力費：循環扇、換気扇、気化冷却システム（ネット＆ファン）、燃焼式暖房機、CO2施用機、ヒートポンプ
灯油費：燃焼式暖房機
上記の機器をもとに実証面積から10aあたりを算出

16トマトの収量◼ LC-TFASでは収穫開始は10月下旬で、３月末まで収穫した◼ 8月～３月の1株あたりの収量は4.5kgであり、10aあたりに換算すると18.7tであった◼ TFASの過去の栽培の定植から3月31日までのトマト収量と比較すると、ほぼ同等の収量であった

LC-TFASとTFASの過去の収量の比較

収量（定植～3月31日までの収量を10aあたりに換算した）

LC-TFAS

TFAS※

18.7t/10a16.7/10a※現地TFASのトマト栽培２作分のデータ（場所：調布市 栽培期間：令和3年8月19日～令和４年7月21日、令和４年8月16日～令和5年7月24日 品種：桃太郎ピース）を参照
した。

17

既存ハウスにLC-TFASを導入するのにかかる費用■現地ハウスでトマトを周年栽培するため、LC-TFASに改修することを想定した導入費用を試算した■導入に掛かる総費用は約600万円であった
改修前

改修内容

費用（円）

一部

一式

環境制御コントローラー

本体ノード、気象ノード、センサー類、通信用モバイルルータ等

1,537,540

暖房機

ー

小型温風機、オイルタンク、配管等

781,900

換気扇

ー

排気用ファン、インバーター回路等

494,000

側面カーテン

手動

カーテン、原動機等

385,961

天面カーテン

手動

巻き上げ機、ガイドローラー、DC変換電源等

184,000

側窓
気化冷却システム

手動

ネット＆ファンシステム一式、細霧建付架台等

472,424

CO2施用機ー

CO2点滴チューブ、配管等

712,500

循環扇

有

東京エコポニックー

栽培槽（60区画）、整地等

810,018

給液装置

ー

給液装置、給廃液配管等

673,844

環境制御機器0

合計

6,052,187※改修するハウスは、検証に使用したものと同等のものとした。
（ハウス面積：184㎡、導入する環境制御機器等：p8のグラフ参照）
18

まとめ19

検証結果のまとめ◼ ワンボードマイコンを搭載した低コストの環境制御コントローラを既存の小型ハウスに導入したLC-TFASは、光合成最適化モデル管理および多段式変温管理でトマト栽培ができた◼ LC-TFASでは既存の小型ハウスを活用することで、TFASを新規で導入（面積500㎡で約4000万円）するよりも初期導入費を抑えることが可能である。一方、LC-TFASは一重被服のハウスで断熱性が二重被覆のTFASより低く、光合成最適化モデルでトマトを栽培する場合は暖房費が高くなるため、多段式変温管理との選択が経営する上で重要である◼ 今後、LC-TFASを展開していくためには、冬季における環境制御機器の運用技術を確立する必要がある

20