平成２５年度

普及指導員等研修

（農政課題解決研修）

「園芸施設の低コスト構造・環境制御技術」

期日：平成２５年９月９日～９月１２日

農 林 水 産 省 生 産 局 技 術 普 及 課

独立行政法人 農業・食品産業技術総合研究機構

農村工学研究所技術移転センター技術研修課

平成２５年度 普及指導員等研修（農政課題解決研修） 「園芸施設の低コスト構造・環境制御技術」

目 次

科 目 講 師 名 テキスト№

■ 研修日程

１ 温室設計の基礎および施設構造の強化・補強技術/保温と資材 森山 英樹 （別冊）

２ 冷房 石井 雅久 （別冊）

３ 光と生育 福田 直也 １

４ 暖房と燃料 池口 厚男 （別冊）

５ 換気・気流制御 佐瀬 勘紀 （別冊）

６ 高度先端施設園芸の現状と将来 高倉 直 ２

７ ヒートポンプ 林 真紀夫 ３

８ 地中熱利用ヒートポンプシステムの特徴と研究開発プロジェクトの紹介 奥島 里美 （別冊）

９ 被覆資材 川嶋 浩樹 ４

１０ エネルギー消費と環境負荷の評価 小綿 寿志 ５

１１ 中国の施設園芸の最新情報と日本型日光温室の今後の課題 山口 智治 ６

１２ 暖房燃料消費量の試算 高市 益行 ７

独立行政法人 農業・食品産業技術総合研究機構

農村工学研究所 翻訳シリーズ NO.1

追録著者 John W. Bartok, Jr.

訳 農業施設工学研究チーム（翻訳グループ）

Energy Conservation for Commercial Greenhouses NRAES-3 2001 年 10 月改訂改訂 1989 年、1985 年、1979 年初版 1978 年

2001, 1989, 1985, 1979, 1978 by NRAES (Natural Resource, Agriculture, and Engineering Service). All rights reserved. Inquiries invited.

Library of Congress Cataloging-in-Publication Data

Bartok, John W., 1936- Energy conservation for commercial greenhouses / revised by John W. Bartok, Jr.—2001 rev. p.cm. –(NRAES;3) This is a revision of the 1989 version. Includes bibliographical references(p.). ISBN 0-935817-74-3(pbk.) 1. Greenhouses—Energy Conservtion. I. Title. II. NRAES(Series):3. SB416 .B369 2001 631.5’83—dc21

2001044396

Japanese language edition copyright 2007 by NIRE (National Institute for Rural Engineering), 2-1-6 Kannondai, Tsukuba, Ibaraki

305-8609 Japan. Japanese translation rights arranged with NRAES through by NIRE.

目次

訳者序文 ............................................................................... I

謝辞 ..................................................................................... II

注意.............................................................................................................................. II

イントロダクション ............................................................ 1

1 章 熱損失の原理............................................................. 2

熱損失の基礎 ............................................................................................... 2

伝導.............................................................................................................................. 2

対流.............................................................................................................................. 3

放射.............................................................................................................................. 3

隙間換気 ...................................................................................................................... 3

熱損失に影響を与える要素.......................................................................... 4

熱損失の算定 ............................................................................................... 7

2 章 温室敷地の選択と防風に関する改善策 ................... 10

防風施設 .................................................................................................... 10

防風林の設置 ............................................................................................................. 10

特長とコスト .............................................................................................................. 11

方位 ............................................................................................................11

3 章 建設資材.................................................................. 13

構造材........................................................................................................ 13

基礎 ........................................................................................................... 14

被覆 ........................................................................................................... 14

目次

4 章 断熱 ......................................................................... 17

不透明な断熱材 ......................................................................................... 17

布基礎 ........................................................................................................................ 17

北側の壁の断熱 ......................................................................................................... 18

透明な断熱材 ............................................................................................. 18

ポリエチレンフィルム............................................................................................... 20

引火性材料に対する注意 ........................................................................... 21

ガラスの上に設置した一重ポリエチレン ................................................................. 22

移動式夜間断熱 ......................................................................................... 23

構造および駆動装置 .................................................................................................. 23

カーテン材................................................................................................................. 27

複層の保温カーテンシステム .................................................................... 28

制御............................................................................................................................ 28

保温カーテンによる遮光および冷房......................................................................... 29

明期制御 .................................................................................................................... 29

コストおよび省エネルギー ....................................................................................... 29

導入前に考慮する事項............................................................................................... 29

5 章 燃料と暖房 .............................................................. 31

一般の燃料................................................................................................. 31

ガス燃料 .................................................................................................................... 31

燃料油 ........................................................................................................................ 31

固形燃料 .................................................................................................................... 31

固形燃料の装置 ......................................................................................................... 33

電気暖房機................................................................................................................. 34

エネルギーの変換効率............................................................................... 34

目次

燃料価格の比較 ......................................................................................... 35

暖房システム ............................................................................................. 35

熱の分配 .................................................................................................... 38

パイプの断熱 ............................................................................................. 43

断熱材 ........................................................................................................................ 43

制御 ........................................................................................................... 44

機械式サーモスタット............................................................................................... 44

電気式サーモスタット............................................................................................... 47

制御器 ........................................................................................................................ 47

コンピューター ......................................................................................................... 49

メンテナンス ............................................................................................. 49

効率試験 .................................................................................................... 51

燃焼試験手順 ............................................................................................................. 52

暖房システムの改良 .................................................................................. 52

複数エネルギー源暖房システム ................................................................ 55

太陽エネルギーシステム ........................................................................................... 55

廃熱の利用................................................................................................................. 56

コージェネレーション............................................................................................... 56

6 章 換気および冷却 ....................................................... 58

自然換気 .................................................................................................... 58

設計ガイドライン...................................................................................................... 58

巻き上げ側窓 ............................................................................................................. 59

天窓と側窓................................................................................................................. 61

巻き上げ屋根 ............................................................................................................. 61

リトラクタブル屋根 .................................................................................................. 61

目次

屋根開放 .................................................................................................................... 62

ファン........................................................................................................ 63

制御............................................................................................................................ 64

メンテナンス ............................................................................................................. 65

機械式換気の省エネルギー........................................................................ 66

遮光............................................................................................................................ 66

気化冷却 .................................................................................................................... 67

細霧............................................................................................................................ 67

7 章 空間利用.................................................................. 69

移動ベンチシステム .................................................................................. 69

移動ベンチ................................................................................................................. 70

トレイシステム ......................................................................................................... 72

移動ベンチシステムの設計 ....................................................................................... 73

ベンチ材料................................................................................................................. 73

移動ベンチ支持システム ........................................................................................... 73

移動ベンチのコストと収益 ....................................................................................... 74

床暖房生産システム .................................................................................. 76

床暖房と移動ベンチの組み合わせ ............................................................. 76

ラック栽培................................................................................................. 77

ハンギングバスケット............................................................................... 77

8 章 設備類－電気、照明、水......................................... 79

電気設備 .................................................................................................... 79

電気工事規定 ............................................................................................................. 79

引込口／電気の引き込み ........................................................................................... 79

目次

接地............................................................................................................................ 80

配電システム ............................................................................................................. 80

電線............................................................................................................................ 80

モーター .................................................................................................... 82

モーターの故障の確認............................................................................................... 82

モーターの交換 ......................................................................................................... 82

適切な管理................................................................................................................. 82

照明 ........................................................................................................... 87

光源............................................................................................................................ 87

光強度 ........................................................................................................................ 88

有用な照明の換算係数類 ........................................................................... 91

植物の光要求に対する補光との関係の概要.............................................................. 92

水 ............................................................................................................... 94

利用法 ........................................................................................................................ 94

機器類 ........................................................................................................................ 96

その他のエネルギー節約方法.................................................................................... 97

9 章 トラック輸送コスト.............................................. 101

ドライバーのトレーニング...................................................................... 101

速度 ......................................................................................................... 101

機材の選択............................................................................................... 101

タイヤ...................................................................................................... 102

アイドリング ........................................................................................... 102

燃料 ......................................................................................................... 102

スケジュール管理 .................................................................................... 102

目次

保守 ......................................................................................................... 103

10 章 管理 ..................................................................... 104

適温が低い作物の栽培............................................................................. 104

プラグ苗、プレスタート、プレフィニッシュ作物の使用 ....................... 105

栽培空間の植物充填を維持...................................................................... 106

CO2施用 .................................................................................................. 106

冬季の一定期間の温室の休閑 .................................................................. 106

A. 省エネルギーチェックリスト .................................... 108

暖房エネルギーの節約............................................................................. 108

漏気の低減............................................................................................................... 108

被覆材 ...................................................................................................................... 108

省エネルギーカーテン............................................................................................. 108

基礎と側壁の断熱.................................................................................................... 109

立地.......................................................................................................................... 109

電力の節約............................................................................................... 109

配線系 ....................................................................................................................... 110

モーター ................................................................................................................... 110

照明........................................................................................................................... 110

水の節約 ................................................................................................... 110

ポンプ ....................................................................................................................... 110

タンク ....................................................................................................................... 111

パイプ ....................................................................................................................... 111

トラック、トラクター、装置などの管理・メンテナンス ........................ 111

効率的な管理 ............................................................................................ 111

目次

B. 熱損失の計算............................................................... 112

ステップ 1：温室の寸法の列挙（図 B-1 参照） ...................................................... 112

ステップ 2：表面積と周囲長の計算 ........................................................................ 112

ステップ 3：各表面の資材と U 値（表 1-2） .......................................................... 113

ステップ 4：熱伝導による熱損失、Qcの計算......................................................... 113

ステップ 5：温室体積の計算 ................................................................................... 113

ステップ 6：隙間換気量の計算................................................................................ 114

ステップ 7：全熱損失、QT の計算........................................................................... 114

熱損失の計算例 ........................................................................................ 116

ステップ 1：温室の寸法の列挙（単位は ft）........................................................... 116

ステップ 2：表面積と周囲長の計算 ........................................................................ 116

ステップ 3：各表面の資材と U 値（表 1-2） .......................................................... 116

ステップ 4：熱伝導による熱損失、Qcの計算......................................................... 116

ステップ 5：温室体積の計算 ................................................................................... 117

ステップ 6：隙間換気量の計算................................................................................ 117

ステップ 7：全熱損失、QT の計算........................................................................... 117

C. 代表的な製造業者と販売業者 ..................................... 118

燃焼テストキット ..................................................................................... 118

コントローラーとコンピューターシステム.............................................. 118

保温カーテンと遮光システム ................................................................... 118

暖房システム ............................................................................................ 119

換気システム ............................................................................................ 119

灌水システム ............................................................................................ 119

D. 便利な単位変換.......................................................... 121

目次

代表的引用文献 ............................................................... 126

追録 1 雨水の採取......................................................... 127

水量 ......................................................................................................... 127

水質 ......................................................................................................... 127

集水 ......................................................................................................... 127

濾過 ......................................................................................................... 128

貯水 ......................................................................................................... 128

追録 2 フープハウス（hoophouse）の自然換気 .......... 129

自然換気の優位性 .................................................................................... 129

しっかり密閉することが重要 .................................................................. 130

カーテンを上下させる方法...................................................................... 130

追録 3 パッドアンドファン気化冷却システム ............. 132

パッドサイズ ........................................................................................... 133

水供給...................................................................................................... 133

貯水量...................................................................................................... 133

制御 ......................................................................................................... 133

計算例...................................................................................................... 134

設備 ......................................................................................................... 134

メンテナンス ........................................................................................... 134

追録 4 水平気流は温室内の環境を改善する ................. 135

より均一な気温 ....................................................................................... 135

病気問題の減少 ....................................................................................... 135

炭酸ガス施用 ........................................................................................... 135

目次

冷却効果 .................................................................................................. 136

殺虫剤の適応範囲が高まる...................................................................... 136

ファン容量............................................................................................... 136

ファンのタイプ ....................................................................................... 136

ファンの位置 ........................................................................................... 137

制御 ......................................................................................................... 137

コスト...................................................................................................... 138

メンテナンス ........................................................................................... 138

追録 5 有機質資源と廃油による暖房............................ 139

有機資源の熱 ........................................................................................... 139

バイオヒートは環境調和型燃料である.................................................... 139

廃油 ......................................................................................................... 140

追録 6 温室のための地熱利用....................................... 142

低温（50˚F：10˚C）................................................................................ 142

中位の温度（140～300˚F：60～148.9˚C）............................................. 142

高温（300˚F 以上：148.9˚C 以上） ........................................................ 142

温室暖房システム .................................................................................... 142

空気による暖房システム ......................................................................... 143

水による暖房システム............................................................................. 143

結論 ......................................................................................................... 144

追録 7 石炭の燃焼による熱－温室のための選択肢として－ .... 145

発熱量...................................................................................................... 145

火炉およびボイラー ................................................................................ 146

目次

追録 8 ベンチ下暖房は植物生育を促進する ................. 148

どのくらいの熱量が必要か?.................................................................... 148

温水源を選択する .................................................................................... 148

配管 ......................................................................................................... 149

均一な温度を得るために、根圏輻射を選定すること .............................. 149

循環ポンプと制御 .................................................................................... 150

運用上のヒント ....................................................................................... 150

追録 9 移植をもっと効率的に....................................... 151

移植にかかる経費の決定 ......................................................................... 151

改善を探そう ........................................................................................... 151

追録 10 サーモスタットの選択と保守.......................... 153

サーモスタットは経時的に精度が低下する............................................. 153

植物温度を感知するようにサーモスタットを設置する........................... 153

過酷な温室環境に適するサーモスタットを選択する .............................. 154

電気式サーモスタットは燃料コストを大きく節約する........................... 154

追録 11 省力装置と方法................................................ 155

培養土の準備 ........................................................................................... 156

容器の充填............................................................................................... 156

播種機...................................................................................................... 157

作業場（ワークステーション）の設計.................................................... 157

カートとワゴン ....................................................................................... 158

コンベアー............................................................................................... 158

出荷効率 .................................................................................................. 159

目次

追録 12 もっと効率的に荷積、運搬をしよう ............... 160

施設のレイアウト .................................................................................... 160

温室内での出荷 ....................................................................................... 160

荷造りエリアの効果 ................................................................................ 161

単位の表記については、「D．便利な単位変換」の章を参照下さい。

施施設設園園芸芸ににおおけけるる

水水熱熱源源式式ヒヒーートトポポンンププのの利利活活用用

相澤 正樹 石田 聡 岩崎 泰永

生方 雅男 大橋 慎太郎 岡澤 立夫

奥島 里美 海保 昭 片岡 真弓

佐瀬 勘紀 島地 英夫 菅原 敬

髙倉 直 高杉 真司 舘野 正之

田旗 裕也 中野 和弘 沼田 洋子

林 真紀夫 古野 伸典 森山 英樹

吉田 千恵 David R. Mears

市場 芳隆（協力）

・Heat pump system

・Protected agriculture ・Renewable energy

・Energy saving・Geothermal technology

施設園芸における

水熱源式ヒートポンプの利活用

＜執筆者（五十音順）＞ 相澤 正樹 石田 聡 岩崎 泰永 生方 雅男

大橋 慎太郎 岡澤 立夫 奥島 里美 海保 昭

片岡 真弓 佐瀬 勘紀 島地 英夫 菅原 敬 髙倉 直

高杉 真司 舘野 正之 田旗 裕也 中野 和弘 沼田 洋子 林 真紀夫 古野 伸典

Mears, David R. 森山 英樹 吉田 千恵

＜協力＞

市場 芳隆

施設園芸における水熱源式ヒートポンプの利活用 目次

まえがき 1

第Ⅰ部 ヒートポンプのメリット

１章 施設園芸へのヒートポンプ利用のメリット 2

１． 暖房コストの削減 2

２． 冷房除湿利用による成育促進・病害防除 2

３． CO2 排出量削減 3

４． 燃料資源の効率的利用 3

５． その他のメリットと課題 3

２章 地中熱ヒートポンプとは？ 4

１．利用の視点から見た地熱と地中熱の違い 4

２．地中の温度と地中熱 4

３．地中熱ヒートポンプ 4

４．他の再生可能エネルギーとの違い 6

第Ⅱ部 要素技術・事例編

３章 地中熱交換器 7 １． はじめに 7

２． 垂直埋設型地中熱交換器 7

３． 水平埋設型地中熱交換器 8

４章 ヒートポンプの特性 13

１． １次側各方式の特性 13

２． ２次側の各熱交換方式の特性 14

３． 各方式の花き栽培への利用 14

５章 水熱源ヒートポンプの応用 25

１． はじめに 25

２． 水熱源ヒートポンプと空気熱源ヒートポンプの性能比較 25

３． 省エネルギーと閉鎖型栽培環境の実現を目的としたヒートポンプの活

用

29

４． ウォーターカーテンとヒートポンプの組み合わせによる暖房エネルギー

の削減

32

６章 水熱源ヒートポンプの作物への夏の冷房効果 35

１． はじめに 35

２． 冷房システムの構築 35

３． 夜間ヒートポンプおよび日中ミスト冷房による環境変化 36

４． 冷房による作物の生育・品質への影響 36

７章 除湿 39

１． ハウス内の湿度について 39

２． ヒートポンプの利用 40

８章 低温地下水の利用 44

１． 地下水利用 44

２． 寒冷地における消雪用地下水利用によるハウス栽培ヒートポンプシス

テム

45

９章 北海道での施設園芸へのヒートポンプの利用状況および研究状況 56 １． はじめに 56

２． 北海道内園芸施設における冷暖房取り組み状況とこれまでの研究成

果

56

３． 北海槽における施設園芸でのヒートポンプ利用の必要性と問題点 57

４． 作物に対する効率的な冷暖房の方法 57

５． 現在実施中の課題 57

１０章 地下水、農業用水の賦存量 60

１． はじめに 60

２． 代表的な低温水熱源の種類と特徴 60

３． まとめ 68

補 地温の推定 69

１１章 各システムの概要と比較 71

１． システム構成 71

２． 運転特性とシステム COP 72 ３． ヒートポンプシステム稼動時の植物反応 73

第Ⅲ部 マニュアル編 １２章 費用、価格 74

１． 初期費用 74

２． ランニングコスト 75

附録 77

１３章 設計の実際 78

１． 計画の流れ 78

２． 地中熱交換器の設計 78

３． 設計・施工における今後の課題 79

１４章 熱解析、各地への適用 84

１． 熱解析 84

２． 各地への適用 88

補 表計算ソフトによる簡易な熱解析方法 97

１５章 制御マニュアル 109

A 基礎編 108

１． 温室環境制御 108

２． 水熱源、地中熱源のヒートポンプ制御 115

３． 地中熱、水熱源ヒートポンプ暖冷房システム製作のための機器の例 119

B 事例編（各地域に合わせたヒートポンプの制御例） 128

１． 地中の帯水層を熱源にした温室環境制御 128 ２． 融雪用水を熱源にした温室環境制御 128 ３． 地下水を利用した温室環境制御 130 ４． 地下土壌を集放熱源ならびに蓄熱源とした温室環境制御 130コラム 「ハウス内の湿度はどの単位の表し方をすればよいのか？」 132

単位変換表 134

執筆者と問い合わせ先一覧 136

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