JP2019201555A - 農業用ハウス - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の棟を有するハウス本体の各棟の内部環境を、環境調整機を制御して目標環境に制御する技術を提供する。【解決手段】農業用ハウス2は、ハウス本体10と、センサ50〜66と、環境調整機30〜34、42〜46と、制御装置100と、を備えている。ハウス本体10は、作物を生育する複数の棟12を有する。複数の棟12の各棟に対し、センサ50〜66は、ハウス本体10の内外の環境情報を検出し、ハウス本体10に共通である。ハウス本体10が複数の棟のうちの1棟を有する場合に、環境調整機30〜34、42〜46は、1棟の内部環境が調整されるのと同じ能力で、各棟の内部環境を調整し、制御装置100は、1棟の内部環境を目標環境に制御する制御アルゴリズムにより、センサ50〜66から取得する環境情報に基づいて環境調整機30〜34、42〜46を制御し、各棟の内部環境を目標環境に制御する。【選択図】図2
Description
本開示は、複数の棟で作物を生育する農業用ハウスの技術に関する。
作物を農業用ハウスで生育する技術が知られている。例えば、特許文献1には、農業用ハウスにおいて、1棟または複数の棟を有するハウス本体の内部環境を調整する環境調整機として、吸い込み用ファンと換気扇とによりハウス本体の内部を換気する技術が記載されている。
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、ハウス本体が複数の棟を有する場合、環境調整機である吸い込み用ファンと換気扇とをどのようにして制御して、ハウス本体の各棟の内部環境を目標環境に制御するかが記載されていないという課題がある。
本開示は、複数の棟を有するハウス本体の各棟の内部環境を、環境調整機を制御して目標環境に制御する技術を提供することが望ましい。
本開示の農業用ハウス(2)は、ハウス本体(10)と、センサ(50〜66)と、環境調整機(30〜46)と、制御装置(100)と、を備えている。
ハウス本体は、作物(6)を生育する複数の棟(12)を有する。センサは、ハウス本体の内外の環境情報を検出し、ハウス本体に共通である。環境調整機は、複数の棟の各棟に対し、ハウス本体が複数の棟のうちの1棟を有する場合に1棟の内部環境が調整されるのと同じ能力で、各棟の内部環境を調整する。
ハウス本体は、作物(6)を生育する複数の棟(12)を有する。センサは、ハウス本体の内外の環境情報を検出し、ハウス本体に共通である。環境調整機は、複数の棟の各棟に対し、ハウス本体が複数の棟のうちの1棟を有する場合に1棟の内部環境が調整されるのと同じ能力で、各棟の内部環境を調整する。
制御装置は、ハウス本体が複数の棟のうちの1棟を有する場合に1棟の内部環境を目標環境に制御するように確立した制御アルゴリズムにより、共通のセンサから取得する環境情報に基づいて環境調整機を制御し、各棟の内部環境を目標環境に制御する。
本開示の構成によれば、ハウス本体が複数の棟のうちの1棟を有する場合に環境調整機を制御して1棟の内部環境を目標環境に制御するように確立した制御アルゴリズムにより、ハウス本体が複数の棟のうちの1棟を有する場合と同じ能力でハウス本体の各棟の内部環境を調整する環境調整機を制御する。
これにより、ハウス本体が複数の棟のうちの1棟を有する場合と同様に、複数の棟を有するハウス本体の各棟の内部環境を、1つのハウス制御装置で目標環境に制御できる。
また、複数のハウス本体に共通のセンサからハウス本体の内外の環境情報を取得するので、センサの個数を極力低減できる。
また、複数のハウス本体に共通のセンサからハウス本体の内外の環境情報を取得するので、センサの個数を極力低減できる。
尚、この欄および特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
以下、本開示の実施形態を図に基づいて説明する。
[1.構成]
図1に示す農業用ハウス2は、例えば隣接する4個の棟12を有するハウス本体10を備えている。ハウス本体10は、例えば、構造材としての金属製部材を組み合わせて構成されたフレームと、フレームにより支持された被覆材とを備える。被覆材として、透光性を有する合成樹脂フィルムやガラスが用いられる。尚、本実施形態では、隣接する各棟12の間に仕切りは存在しない。
[1.構成]
図1に示す農業用ハウス2は、例えば隣接する4個の棟12を有するハウス本体10を備えている。ハウス本体10は、例えば、構造材としての金属製部材を組み合わせて構成されたフレームと、フレームにより支持された被覆材とを備える。被覆材として、透光性を有する合成樹脂フィルムやガラスが用いられる。尚、本実施形態では、隣接する各棟12の間に仕切りは存在しない。
ハウス本体10は、4個の棟12の各棟12において、切妻状の屋根部14と、各棟12の長手方向両端に設置され屋根部14を支持する妻面部20、24とを備える。さらに、4個の棟12のうち両端の棟12は、棟12の長手方向に延びて屋根部14を指示する側面部16を備えている。
ハウス本体10のこの形態は一例であって、ハウス本体10の構成を限定する趣旨ではない。また、ハウス本体10に他の材料を用いることやハウス本体10を他の形状に形成することを妨げるものではない。
各棟12の妻面部20には、モータ等の駆動力でロール状に巻き上げられることにより、各棟12の内外を通気させる窓22が形成されている。さらに、各棟12の妻面部24には、3個の換気扇30、32、34が設置されている。換気扇30、32、34の少なくともいずれか1つを駆動させる場合、妻面部24に対して各棟12の長手方向反対側の妻面部20の窓22が開放される。
図2および図3に示すように、各棟12には、各棟12の内部環境を調整する環境調整機として、換気扇30〜34に加え、給水機36と、ミスト発生機38と、カーテン40と、ヒートポンプ42と、暖房機44と、CO2発生機46とが設置されている。
換気扇30〜34と、給水機36と、ミスト発生機38と、カーテン40と、ヒートポンプ42と、暖房機44と、CO2発生機46とは、ハウス本体10が4個の棟12のうち1棟12を有する場合と同じ位置で各棟12に設置されており、ハウス本体10が4個の棟12のうち1棟12を有する場合と同じ能力で各棟12の内部環境を調整する。
そして、ハウス本体10に共通の設備として、ハウス本体10の外部に、日射量センサ50と、雨滴センサ52と、風向センサ54と、風速センサ56と、温度センサ58と、湿度センサ60とが設置されている。
さらに、ハウス本体10に共通の設備として、4個の棟12のいずれかの内部に、温度センサ62と、湿度センサ64と、CO2センサ66と、ハウス制御装置100とが設置されている。尚、温度センサ62と湿度センサ64とCO2センサ66とは、換気扇30〜34側と窓22側とのそれぞれに設置されている。
ハウス制御装置100は、ハウス本体10に共通の各種センサから取得するハウス本体10の内外の環境情報に基づいて、各棟12に設置された上記の環境調整機を制御し、各棟12の内部環境を作物の生育に適正な同じ目標環境に制御する。
ハウス制御装置100は、CPUと、RAM、ROM、フラッシュメモリ等の半導体メモリと、入出力インターフェースと、を備えるマイクロコンピュータを中心に構成されている。以下、半導体メモリを単にメモリとも言う。ハウス制御装置100は1つのマイクロコンピュータを搭載してもよいし、複数のマイクロコンピュータを搭載してもよい。
ハウス制御装置100の各種機能は、CPUが非遷移的実体的記録媒体に記憶されているプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。このプログラムをCPUが実行することにより、プログラムに対応する方法が実行される。
ハウス制御装置100の各種機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部または全部の要素について、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現してもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現してもよい。
また、ハウス制御装置100には、パーソナルコンピュータ110、図示しないコントロールパネル、携帯用端末機等が接続される。使用者は、ハウス制御装置100の操作盤、パーソナルコンピュータ110の操作部、コントロールパネル、形態端末機等を使用してハウス本体10の内部温度等の環境設定、時刻合わせ等を行うことができる。そして、使用者は、携帯用端末機等の表示画面を通じて現在の運転状態を確認することができる。
ハウス制御装置100は、上記の各種センサからハウス本体10の内外の環境情報として、日射量、降水の有無、風向、風速、ハウス本体10の内外の温度、ハウス本体10の内外の湿度、ハウス本体10の内部のCO2濃度等を取得する。
ハウス制御装置100は、各種センサから取得する環境情報に基づいて、換気扇30〜34、給水機36、ミスト発生機38、カーテン40、ヒートポンプ42、暖房機44、CO2発生機46等の前述した各種環境調整機を制御して、温度、湿度、CO2濃度等のハウス本体10の各棟12の内部環境を作物の生育に適した目標環境に制御する。
ハウス制御装置100は、ハウス本体が4個の棟12のうちの1棟12を有する場合に前述した各種環境調整機を制御して、温度、湿度、CO2濃度等の1棟12の内部環境を目標環境に制御するように確立した制御アルゴリズに基づいて生成されたプログラムにより、4個の棟12の各棟12の内部環境を同じ目標環境に制御する。そこで、図4に基づいて、4個の棟12のうち1棟12を有するハウス本体70で作物を生育する場合の農業用ハウス4の構成について説明する。
農業用ハウス4は、ハウス本体70の内部で所定の作物6を生育させることを目的として、ハウス制御装置100によって、ハウス本体70の内部を生育に適正な環境に制御する。作物6は、ハウス本体70の内部に設けられたベッド8等の所定の容器内の用土において栽培されている。ベッド8は、例えば、ハウス本体70の内部において所定の個数、均等な間隔をあけて列をなすように設置されている。
尚、図4では、ハウス本体70の内外に設置されている設備を示す都合上、モータ22aにより巻き上げられる窓22と換気扇30〜34とをハウス本体70の側面部に図示しているが、実際には、窓22と換気扇30〜34とは、前述したようにハウス本体70の妻面部に設置されている。
ハウス本体70の内部には、各種環境調整機として、換気扇30〜34と、給水機36と、ミスト発生機38と、カーテン40と、ヒートポンプ42と、暖房機44と、CO2発生機46とが設置されている。
農業用ハウス4は、各種センサとして、ハウス本体70の外部に設置された日射量センサ50と雨滴センサ52と風向センサ54と風速センサ56と温度センサ58と湿度センサ60、ならびにハウス本体10の内部に設置された温度センサ62と湿度センサ64とCO2センサ66とを備えている。尚、図4に示す各種センサは、図1および図2に示す農業用ハウス2では、4個の棟12に共通のセンサである。
次に、各種環境調整機について詳細に説明する。
3個の換気扇30〜34はハウス本体70の内部を換気する。ハウス制御装置100は、換気扇30〜34を駆動するときに、換気扇30〜34が設置された妻面部24と長手方向反対側の妻面部20の窓22を開放する。これにより、換気扇30〜34によりハウス本体70の内部に導入された外気が窓22からハウス本体70の外部に排出される。窓22は、モータ22a等の動力源により駆動され、ハウス制御装置100によって開閉制御される。
3個の換気扇30〜34はハウス本体70の内部を換気する。ハウス制御装置100は、換気扇30〜34を駆動するときに、換気扇30〜34が設置された妻面部24と長手方向反対側の妻面部20の窓22を開放する。これにより、換気扇30〜34によりハウス本体70の内部に導入された外気が窓22からハウス本体70の外部に排出される。窓22は、モータ22a等の動力源により駆動され、ハウス制御装置100によって開閉制御される。
ハウス制御装置100は、ハウス本体70の内部温度を目標温度にするために、駆動する換気扇と停止する換気扇とを決定する。駆動される換気扇の数が増加するほど、ハウス本体70の内部が外気により換気される換気量が増加するので、ハウス本体70の内部温度が低下する。換気扇30〜34に対するハウス制御装置100の制御処理については後述する。
給水機36は、ハウス制御装置100によって制御される給水ポンプである。ハウス制御装置100は、1日のうち所定の時間帯に給水機36を運転して目標量の養液を用土に供給する。ハウス制御装置100は、日射量センサ50によって検出された日射量に応じて、目標量に対して養液の供給量を加減するように給水機36を制御する。
ミスト発生機38は、ハウス本体70の上部において、作物6とハウス本体70の内部の湿度センサ64とよりも高い位置に設置されたミストチューブを備える。ミストチューブは、通水されるチューブの管壁に取り付けられた複数個のノズルを備え、ポンプ等によってチューブに通水される圧力を調節することによりノズルから水が噴霧されるように構成されている。ミストチューブが水を霧状に噴出させることにより、霧はハウス本体70の上部から比較的時間をかけて落下し、ハウス本体70の内部の湿度を徐々に上昇させることができる。
ミスト発生機38は、ハウス制御装置100によって制御される。ハウス制御装置100は、例えば1日のうち所定の時間帯にミスト発生機38を運転して目標量の霧を噴出し、ハウス本体70の湿度環境を目標範囲にするように制御する。ハウス制御装置100は、ハウス本体70の複数箇所における湿度の測定値から求めた制御指標に応じてミスト発生機38による霧の噴出量を調整して、ハウス本体70の湿度環境を目標範囲に制御する。
ハウス制御装置100は、日射量センサ50によって検出された日射量に応じて、目標量に対して霧の供給量を加減するようにミスト発生機38を制御する。ハウス制御装置100は、湿度センサ64によって測定されたハウス本体70の内部の相対湿度が低い場合に、ミスト発生機38を運転してハウス本体70に霧を供給し、相対湿度を上昇させる制御を行う。
ミスト発生機38は、主に加湿を行う場合に運転されるが、ハウス本体70の内部にミストを供給することにより気化熱作用を促して室温を低下させる温度低下装置として運転することもできる。
ハウス本体70には、屋根部14から入射する外光を遮光させる閉状態と、屋根部から入射する外光を遮光しないで作物6に照射させる開状態との間で開閉可能なカーテン40が設けられている。カーテン40は、ハウス本体70に流入する日射量を調整する機能を有する遮光部材であり、冷房装置や暖房装置と併用されて、ハウス本体70を保冷したり保温したりする際に活用される。
カーテン40は、モータ等の動力源により駆動され、ハウス制御装置100によって制御される。カーテン40が開閉されると、外部からハウス本体70に流入する日射量を調節することになるので、ハウス本体70の内部温度の上昇速度を調節することができる。
したがって、ハウス制御装置100は、ハウス本体70の内部温度を低下させる場合には、カーテン40を閉じる方向に駆動し、ハウス本体70の内部温度を上昇させる場合には、カーテン40を開く方向に駆動するように制御する。ただし、暖房装置と併用する場合やハウス本体70の外部温度が内部温度よりも低い場合は、ハウス制御装置100はカーテン40を閉じるように制御して保温を行う。
ハウス制御装置100は、ハウス本体70の内部の複数箇所における温度の測定値から求めた制御指標に応じてカーテン40の開閉量を調整して、ハウス本体70の温度環境を目標範囲に制御する。
ヒートポンプ42は、ハウス本体70の内部を暖房する暖房運転やハウス本体70の内部を冷房する冷房運転を実施できる。したがって、ヒートポンプ42は、農業用ハウス4が備える複数の暖房装置のうちの一つである。ヒートポンプ42は、その本体がハウス本体70の屋外に設置され、本体から延びるダクトを介して、作物6の周囲などの任意の所定位置に空調風を吹き出すことができる。ヒートポンプ42の空調風により、作物6の周囲の温度を制御することができる。
ヒートポンプ42は、複数個の熱交換器、圧縮機、および減圧装置等を環状に配管で接続した回路において冷媒が循環するサイクルを構成する。
ヒートポンプ42は、冷媒の放熱作用により放熱用熱交換器で加熱された外気を暖気として送風する場合は、温度上昇装置として機能し、冷媒の吸熱作用により冷却用熱交換器で冷却された外気を冷気として送風する場合は、温度低下装置として機能する。ヒートポンプ42は、ハウス本体70の内部の空気から水分を吸収して、ハウス本体70の内部を除湿する除湿装置としても機能することができる。
ヒートポンプ42は、冷媒の放熱作用により放熱用熱交換器で加熱された外気を暖気として送風する場合は、温度上昇装置として機能し、冷媒の吸熱作用により冷却用熱交換器で冷却された外気を冷気として送風する場合は、温度低下装置として機能する。ヒートポンプ42は、ハウス本体70の内部の空気から水分を吸収して、ハウス本体70の内部を除湿する除湿装置としても機能することができる。
ヒートポンプ42が暖房運転を行うと、ハウス本体70の内部温度が上昇するため、ハウス本体70の相対湿度は低下する。ハウス制御装置100は、ハウス本体70の内部の複数箇所における測定値から求めた制御指標に応じてヒートポンプ42の運転を制御して、ハウス本体70の温度環境や湿度環境を目標範囲に制御する。
暖房機44は、作物6の周囲などの所定の位置に暖気を吹き出すことができる空調装置である。暖房機44は、暖気により作物6の周囲の温度を上昇させることができる温度上昇装置として機能する。したがって、暖房機44は、農業用ハウス4が備える複数の暖房装置のうちの1つである。
暖房機44は、例えば、電気ヒータ、温水式ヒータ、燃焼式ヒータ等により暖めた空気をハウス本体70の内部に供給する。暖房機44が暖房運転を行うと、ハウス本体70の内部温度が上昇するため、ハウス本体70の相対湿度は低下する。
ハウス制御装置100は、作物6の周囲におけるハウス本体70の内部温度を生育に適した目標温度に保つように暖房機44を制御する。ハウス制御装置100は、ハウス本体70の内部の複数箇所における測定値から求めた制御指標に応じて暖房機44等の運転を制御して、ハウス本体70の内部の温度環境や湿度環境を目標範囲に制御する。
CO2発生機46はハウス本体70の内部にCO2を供給する。ハウス制御装置100は、光合成を促進するために、ハウス本体70の内部、特に作物6の周囲におけるCO2濃度を適切に保つようにCO2発生機46を制御する。ハウス制御装置100は、例えば、1日のうち所定の時間帯にCO2発生機46を運転してハウス本体70の内部のCO2濃度が目標値となるように制御する。CO2発生機46は、光合成促進装置である。
ハウス制御装置100は、ハウス本体70の内部の複数箇所におけるCO2濃度の測定値から求めた制御指標に応じてCO2発生機46の運転を制御して、ハウス本体70の内部のCO2濃度環境を目標範囲に制御する。また、CO2発生機46は、CO2を発生することによりハウス本体70の内部温度を上昇させることが可能である。CO2発生機46は、農業用ハウス4が備える複数の暖房装置のうちの1つである。
次に、各種センサについて詳細に説明する。
日射量センサ50は、ハウス本体70に降り注ぐ日射量を検出する。日射量センサ50により検出された日射量情報は、ハウス制御装置100に入力されてハウス本体70に流入する熱量の見積もりに用いられ、カーテン40の開閉制御、室温制御に用いられる。また、検出された日射量は、雨天や夜間と、晴天の日中とを判断することにも用いることができる。
日射量センサ50は、ハウス本体70に降り注ぐ日射量を検出する。日射量センサ50により検出された日射量情報は、ハウス制御装置100に入力されてハウス本体70に流入する熱量の見積もりに用いられ、カーテン40の開閉制御、室温制御に用いられる。また、検出された日射量は、雨天や夜間と、晴天の日中とを判断することにも用いることができる。
雨滴センサ52は、ハウス本体70の外部に設けられた、降雨の有無を検出可能な雨検出用のセンサである。雨滴センサ52によって雨が検知された場合には、作物に直接雨滴がかかることを防止するために、窓22を閉じるように制御する。これにより、作物が病気になることを防止する。
雨滴センサ52は、例えば、パネル上に付着した雨を水分として検出するセンサであり、所定の電極間の電気抵抗を検出する。電気抵抗の検出値はハウス制御装置100に入力され、ハウス制御装置100は、検出値がある抵抗値以下の場合は雨が現在降っていると判定する。
また、雨滴センサ52は、パネル上に付着した雨を水圧として検出するセンサであってもよい。この場合、雨滴センサ52が検出する圧力はハウス制御装置100に入力され、ハウス制御装置100は、検出値がある圧力値以上の場合は雨が現在降っていると判定する。
風向センサ54は、ハウス本体70の外部の風向を検出する。風向センサ54により検出された風向情報は、ハウス制御装置100に入力されて、窓22に対する風向として窓22の開度制御に用いられる。
風速センサ56は、ハウス本体70の外部の風速を検出する。風速センサ56により検出された風速情報は、ハウス制御装置100に入力されて、窓22に対する風速として窓22の開度制御に用いられる。
温度センサ58は、ハウス本体70の外部の温度を検出し、ハウス制御装置100に送る。湿度センサ60は、ハウス本体70の外部の湿度を検出してハウス制御装置100に送る。
複数個の温度センサ62は、ハウス本体70の内部温度、例えば作物6の周囲の温度を検出してハウス制御装置100に送る。複数個の湿度センサ64は、ハウス本体70の内部湿度、例えば作物6の周囲の湿度を検出する湿度検出手段であり、検出した湿度をハウス制御装置100に送る。
複数個のCO2センサ66は、ハウス本体70の室内におけるCO2濃度、例えば作物6の周囲のCO2濃度を検出するCO2濃度検出手段であり、検出したCO2濃度をハウス制御装置100に送る。
以上説明したハウス本体70が4個の棟12のうちの1棟12を有する場合の農業用ハウス4の構成において、実験またはシミュレーションにより、ハウス本体70の内部環境を目標環境に制御する制御アルゴリズムが確立される。
そして、この制御アルゴリズムに基づいて生成され、ハウス制御装置100のメモリに記憶されたプログラムにより、ハウス制御装置100は、ハウス本体70が4個の棟12のうちの1棟12を有する場合と同じ制御アルゴリズムで、ハウス本体10が4個の棟12を有する場合に、各棟12に設置された各種環境調整機を制御する。
各種環境調整機は、ハウス本体70が4個の棟12のうちの1棟12を有する場合と同じ位置で各棟12に設置されており、ハウス本体70が4個の棟12のうちの1棟12を有する場合と同じ能力で各棟12の内部環境を調整する。これにより、ハウス本体10の各棟12の内部環境は同じ目標環境に制御される。
[2.処理]
以下、ハウス制御装置100が環境調整機としてハウス本体10の各棟12に設置された換気扇30〜34に対する駆動を、ハウス本体70が4個の棟12のうちの1棟12を有する場合と同じアルゴリズムで制御することにより、各棟12の内部環境として内部温度を同じ目標温度に制御する処理の例について説明する。
以下、ハウス制御装置100が環境調整機としてハウス本体10の各棟12に設置された換気扇30〜34に対する駆動を、ハウス本体70が4個の棟12のうちの1棟12を有する場合と同じアルゴリズムで制御することにより、各棟12の内部環境として内部温度を同じ目標温度に制御する処理の例について説明する。
(1)メイン処理
ハウス制御装置100が実行するハウス制御のメイン処理を図5のフローチャートに基づいて説明する。図5のフローチャートは、ハウス制御装置100が起動されると実行される。
ハウス制御装置100が実行するハウス制御のメイン処理を図5のフローチャートに基づいて説明する。図5のフローチャートは、ハウス制御装置100が起動されると実行される。
S400においてハウス制御装置100は、ハウス制御装置100の入出力インターフェース、メモリ等に対する初期化処理を実行する。S402においてハウス制御装置100は、換気扇30〜34を駆動せず、窓22を閉めた状態で、ハウス本体10の内部温度が上昇する上限温度を算出する。なお、S402〜S410の処理の詳細は後述される。
S404においてハウス制御装置100は、換気扇30〜34を駆動する数に応じて、ハウス本体10の内部温度が低下する下限温度を算出する。S406においてハウス制御装置100は、ハウス本体10の内部温度を目標温度に調整するために必要な換気扇30〜34の駆動数を算出する。
S408においてハウス制御装置100は、換気扇30〜34のうち、S406で算出した駆動数の換気扇の駆動を制御する。S410においてハウス制御装置100は、温度センサ62が検出する実際のハウス本体10の内部温度と内部温度の目標温度との温度差に基づいて、駆動する換気扇の数をフィードバック制御する。S410の実行後、処理はS402に移行する。
(2)上限温度算出処理
図5のS402で実行される上限温度算出処理を図6のフローチャートに基づいて説明する。
図5のS402で実行される上限温度算出処理を図6のフローチャートに基づいて説明する。
S420、S422においてハウス制御装置100は、日射量センサ50からハウス本体10に照射される日射量を取得し、温度センサ58からハウス本体10の外部温度を取得する。
S424においてハウス制御装置100は、換気扇30〜34を駆動せず、窓22を含むハウス本体10の開放部を全閉した状態で、ハウス本体10の内部温度が上昇するときの上限温度を、上限温度と、S420、S422において取得した日射量および外部温度が表す外部環境との特性に基づいて算出する。上限温度と日射量および外部温度との関係を表す図7に示す特性200は、日射量と外部温度とをパラメータとして、図4に示すハウス本体70が1棟12を有する場合の実験またはシミュレーションにより予めメモリに記憶されている。
(3)下限温度算出処理
図5のS404で実行される下限温度算出処理を図8のフローチャートに基づいて説明する。
図5のS404で実行される下限温度算出処理を図8のフローチャートに基づいて説明する。
S430、S432においてハウス制御装置100は、日射量センサ50からハウス本体10に照射される日射量を取得し、温度センサ58からハウス本体10の外部温度を取得する。
S434においてハウス制御装置100は、換気扇30〜34を駆動する数を1、2、3と変化させるときに、ハウス本体10の内部温度が上限温度から低下する時の下限温度を、下限温度と、S430、S432において取得した日射量および外部温度等の外部環境との特性に基づいて算出する。換気扇30〜34を駆動する数と、下限温度と、日射量および外部温度等の外部環境との関係を表す図9に示す特性210、212、214は、図4に示すハウス本体70が1棟12を有する場合の実験またはシミュレーションにより生成され、予めメモリに記憶されている。
(4)駆動数算出処理
図5のS406で実行される換気扇の駆動数算出処理を図10のフローチャートに基づいて説明する。
図5のS406で実行される換気扇の駆動数算出処理を図10のフローチャートに基づいて説明する。
S440においてハウス制御装置100は、図9に示す特性210、212、214に基づいて、次式(1)〜(3)により、換気扇30〜34を駆動する数に対応する換気能力を算出する。式(1)〜(3)が示す換気能力は、換気扇30〜34を駆動する数に対応してハウス本体10の各棟12の内部温度が何度低下するかを表している。
駆動数が1の換気能力=現在の上限温度−駆動数が1の下限温度 ・・・(1)
駆動数が2の換気能力=現在の上限温度−駆動数が2の下限温度 ・・・(2)
駆動数が3の換気能力=現在の上限温度−駆動数が1の下限温度 ・・・(3)
S442においてハウス制御装置100は、S442の算出結果に基づいて、図11に示す換気扇の駆動数と換気能力との関係を表す特性220を生成する。
駆動数が2の換気能力=現在の上限温度−駆動数が2の下限温度 ・・・(2)
駆動数が3の換気能力=現在の上限温度−駆動数が1の下限温度 ・・・(3)
S442においてハウス制御装置100は、S442の算出結果に基づいて、図11に示す換気扇の駆動数と換気能力との関係を表す特性220を生成する。
S444においてハウス制御装置100は、次式(4)に基づいて、要求される換気能力を算出する。
要求換気能力=上限温度−内部温度の目標温度 ・・・(4)
式(4)で算出される要求換気能力は、上限温度の状態でのハウス本体10の各棟12の内部の上限熱量からどれだけ換気扇30〜34で各棟12の内部を換気して各棟12の内部の熱量を低減すれば各棟12の内部温度が目標温度になるかを表している。
要求換気能力=上限温度−内部温度の目標温度 ・・・(4)
式(4)で算出される要求換気能力は、上限温度の状態でのハウス本体10の各棟12の内部の上限熱量からどれだけ換気扇30〜34で各棟12の内部を換気して各棟12の内部の熱量を低減すれば各棟12の内部温度が目標温度になるかを表している。
S446においてハウス制御装置100は、図11に示す特性から、式(4)で算出された要求換気能力に対応する換気扇の駆動数を、換気扇30〜34を駆動する数が0、1、2、3のときの換気能力の値を補間して算出する。図11に示すように換気扇30〜34の駆動数が1と2との間の要求換気能力の場合、換気扇30〜34の駆動数は、特性220から例えば1.4と算出される。
S448においてハウス制御装置100は、S446において算出した換気扇30〜34の駆動数から、その数を超えない整数を算出する。S446において算出した換気扇30〜34の駆動数が前述したように1.4であれば、S448で算出される整数は1である。
(5)換気扇制御処理
図5のS408で実行される換気扇制御処理を図12のフローチャートに基づいて説明する。尚、図12のフローチャートにおいて、換気扇1は符号30が表す換気扇に対応し、換気扇2は符号32が表す換気扇に対応し、換気扇3は符号34が表す換気扇に対応するものとする。
図5のS408で実行される換気扇制御処理を図12のフローチャートに基づいて説明する。尚、図12のフローチャートにおいて、換気扇1は符号30が表す換気扇に対応し、換気扇2は符号32が表す換気扇に対応し、換気扇3は符号34が表す換気扇に対応するものとする。
S450においてハウス制御装置100は、図10に示す駆動数算出処理で算出された換気扇の駆動数が1であるか否を判定する。S450の判定がNoである、つまり駆動数が1ではない場合、処理はS458に移行する。
S450の判定がYesである、つまり駆動数が1の場合、S452、S454、S456においてハウス制御装置100は、換気扇32、34を停止し、換気扇30を駆動して駆動する換気扇の数を1にする。
S458においてハウス制御装置100は、換気扇の駆動数が2であるか否を判定する。S458の判定がNoである、つまり駆動数が1および2ではない場合、処理はS464に移行する。
S458の判定がYesである、つまり駆動数が2の場合、S460、S462、S456においてハウス制御装置100は、換気扇34を停止し、換気扇30、32を駆動して駆動する換気扇の数を2にする。
S464においてハウス制御装置100は、換気扇の駆動数が3であるか否を判定する。S464の判定がNoである、つまり駆動数が1〜3のいずれでもなく0の場合、処理はS468に移行する。
S464の判定がYesである、つまり駆動数が3の場合、S466、S462、S456においてハウス制御装置100は、換気扇30〜34を駆動して駆動する換気扇の数を3にする。
S468においてハウス制御装置100は、換気扇30〜34を停止して駆動する換気扇の数を0にする。
(6)温度フィードバック制御処理
図5のS410で実行される温度フィードバック制御処理を図13のフローチャートに基づいて説明する。尚、図13のフローチャートにおいて、換気扇3は符号34が表す換気扇に対応するものとする。
(6)温度フィードバック制御処理
図5のS410で実行される温度フィードバック制御処理を図13のフローチャートに基づいて説明する。尚、図13のフローチャートにおいて、換気扇3は符号34が表す換気扇に対応するものとする。
S470においてハウス制御装置100は、次式(5)から、図14に示すハウス本体10の内部温度230と目標温度との温度差である内部温度の温度差を算出する。
内部温度の温度差=実際の内部温度−内部温度の目標温度 ・・・(5)
S472においてハウス制御装置100は、式(5)から算出される内部温度の温度差が図14に示す所定の温度差Δtよりも大きいか否かを判定する。所定の温度差Δtは、内部温度の温度差が大きいために、換気扇を駆動する数を1つ増加して内部温度230を低下させる必要があるか否かを判定するために予め設定された値である。
内部温度の温度差=実際の内部温度−内部温度の目標温度 ・・・(5)
S472においてハウス制御装置100は、式(5)から算出される内部温度の温度差が図14に示す所定の温度差Δtよりも大きいか否かを判定する。所定の温度差Δtは、内部温度の温度差が大きいために、換気扇を駆動する数を1つ増加して内部温度230を低下させる必要があるか否かを判定するために予め設定された値である。
S472の判定がNoである、つまり内部温度の温度差が図14に示す所定の温度差Δt以下の場合、ハウス制御装置100は、内部温度230を低下させる必要はないと判断し、処理をS478に移行する。
S472の判定がYesである、つまり内部温度の温度差が所定の温度差Δtよりも大きい場合、S474においてハウス制御装置100は、現在、駆動している換気扇の数が3より少ないか否かを判定する。S474の判定がNoである、つまり現在、各棟12のそれぞれで駆動している換気扇の数が3以上の場合、処理はS478に移行する。本実施形態では、各棟12に設置されている換気扇の数は全部で3であるから、現在、各棟12で駆動している換気扇の数が3以上とは、各棟12において全部の換気扇30〜34が駆動されていることを表している。
S474の判定がYesである、つまり現在、各棟12で駆動している換気扇の数が3より少ない場合、S476においてハウス制御装置100は、内部温度230を低下させるために、駆動していない換気扇34を駆動して換気扇を駆動する数を1つ増加する。
S478においてハウス制御装置100は、内部温度が目標温度以下になり内部温度の温度差が0以下になっているか否かを判定する。S478の判定が実行されるのは、S472の判定がNoである、つまり内部温度の温度差が所定の温度差Δt以下であるから内部温度230を低下させる必要がない場合か、あるいはS474の判定がNoである、つまり現在、すべての換気扇30〜34が駆動している場合である。
したがって、内部温度230を低下させる必要がない場合か、あるいは現在、すべての換気扇30〜34が駆動している状態で、S478の判定がYesである、つまり内部温度の温度差が0以下になっている場合、S480においてハウス制御装置100は、換気扇34を駆動している場合には換気扇34を停止して駆動する換気扇の数を1つ減少し、換気扇34を停止している場合には停止した状態を保持する。
これに対し、内部温度230を低下させる必要がない状態で、S478の判定がNoである、つまり内部温度の温度差が0よりも大きい場合、ハウス制御装置100は、換気扇を駆動する数を1つ増加して内部温度230を低下させる必要はないと判断し、本処理を終了し、現在、換気扇30〜34を駆動制御している状態を保持する。
あるいは、現在、各棟12で駆動している換気扇の数が3以上の状態で、S478の判定がNoである、つまり内部温度の温度差が0よりも大きい場合、ハウス制御装置100は、これ以上、換気扇を駆動する数を増加することはできないので、本処理を終了し、現在、すべての換気扇30〜34を駆動制御している状態を保持する。
[3.効果]
以上説明した上記実施形態では、以下の効果を得ることができる。
(1a)1つのハウス制御装置100が、ハウス本体70が1棟12を有する場合に1棟12に設置された環境調整機を制御して1棟12の内部環境を目標環境にするように確立した制御アルゴリズムと同じ制御アルゴリズムで、4個の棟12の各棟12にハウス本体70が1棟12を有する場合と同じ位置に設置されて、ハウス本体70が1棟12を有する場合と同じ能力で各棟12の内部環境を調整する環境調整機を制御する。これにより、1つのハウス制御装置100で各棟12の内部環境を同じ目標環境に制御できる。
以上説明した上記実施形態では、以下の効果を得ることができる。
(1a)1つのハウス制御装置100が、ハウス本体70が1棟12を有する場合に1棟12に設置された環境調整機を制御して1棟12の内部環境を目標環境にするように確立した制御アルゴリズムと同じ制御アルゴリズムで、4個の棟12の各棟12にハウス本体70が1棟12を有する場合と同じ位置に設置されて、ハウス本体70が1棟12を有する場合と同じ能力で各棟12の内部環境を調整する環境調整機を制御する。これにより、1つのハウス制御装置100で各棟12の内部環境を同じ目標環境に制御できる。
(1b)4個の棟12に共通のセンサからハウス本体10の内外の環境情報を取得するので、センサの個数を極力低減できる。
以上説明した上記施形態では、妻面部24が端部に対応し、換気扇30〜34、給水機36、ミスト発生機38、カーテン40、ヒートポンプ42、暖房機44、CO2発生機46が環境調整機に対応し、日射量センサ50、雨滴センサ52、風向センサ54、風速センサ56、温度センサ58、湿度センサ60、温度センサ62、湿度センサ64、CO2センサ66が共通のセンサに対応する。
以上説明した上記施形態では、妻面部24が端部に対応し、換気扇30〜34、給水機36、ミスト発生機38、カーテン40、ヒートポンプ42、暖房機44、CO2発生機46が環境調整機に対応し、日射量センサ50、雨滴センサ52、風向センサ54、風速センサ56、温度センサ58、湿度センサ60、温度センサ62、湿度センサ64、CO2センサ66が共通のセンサに対応する。
また、S406〜S410、S420〜S424、S430〜S434、S440〜S448、S450〜S468、S470〜S480がハウス制御装置100の処理に対応する。
[4.他の実施形態]
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
(1)上記実施形態では、4個の棟12を有するハウス本体10で作物を育てる農業用ハウス2について説明した。棟12の数は複数であれば4個に限らずいくつであってもよい。
(2)上記実施形態では、隣接する棟12同士の仕切を排除して4個の棟12が1つの空間を構成するハウス本体10を例示した。これに対し、複数の棟12の各棟12がそれぞれ独立した空間を構成するハウス本体の構成でもよい。この場合も、ハウス本体に共通のセンサにより、各棟12がそれぞれ独立した空間を構成するハウス本体の内外の環境情報が取得される。
(3)ハウス制御装置100が、1棟12の場合と同じ制御アルゴリズムで環境調整機を制御して複数の棟12の各棟12の内部環境を同じ目標環境に制御する場合の内部環境は、内部温度に限るものではない。例えば、複数の棟12の各棟12の内部環境として、内部温度以外の湿度、CO2濃度等を、これら内部環境を調整する環境調整機を1棟12の場合と同じアルゴリズムで制御して、目標湿度、目標C02濃度に制御してもよい。
(4)上記実施形態では、ハウス本体10の4個の棟12の各棟12に、ハウス本体70が1棟12を有する場合と同じ位置に、1棟12の場合と同じ能力を有する各種環境調整機が設置された。
これに対し、ハウス本体が複数の棟12を有する場合、例えば環境調整機として棟12の数分の暖房能力を有する1つの暖房装置を複数の棟12のいずれかに設置し、各棟12の同じ位置に、1つの暖房装置から暖気を送るダクトの吹き出し口を設置してもよい。これにより、1つの暖房装置で、1つの棟12の場合と同じ暖房能力を有する各ダクトにより、複数の棟12の各棟12を暖房できる。
(5)上記実施形態では、換気扇を駆動するか停止するかのいずれかで換気扇を制御して、換気扇による換気能力を調整した。これに対し、換気扇の駆動電流を制御し、換気扇毎の換気能力を調整してもよい。
(6)上記実施形態では、2箇所の妻面部20、24のうち一方の妻面部24だけに換気扇を設置してハウス本体10の内部に外気を導入し、他方の妻面部20の窓22からハウス本体10の内気をハウス本体10の外部に排出した。
これに対し、2箇所の妻面部20、24のそれぞれに換気扇を設置し、一方の妻面部に設置された換気扇によりハウス本体10の内部に外気を導入し、他方の妻面部に設置された換気扇によりハウス本体10の内気をハウス本体10の外部に排出してもよい。
(7)上記実施形態における一つの構成要素が有する複数の機能を複数の構成要素によって実現したり、一つの構成要素が有する一つの機能を複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を一つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される一つの機能を一つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。尚、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
(8)上述した農業用ハウス2の他、当該農業用ハウス2を構成するハウス制御装置100、当該ハウス制御装置100としてコンピュータを機能させるための制御プログラム、この制御プログラムを記録した記録媒体、制御方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
2:農業用ハウス、6:作物、10:ハウス本体、24:妻面部(端部)、30〜34:換気扇(環境調整機)、36:給水機(環境調整機)、38:ミスト発生機(環境調整機)、40:カーテン(環境調整機)、42:ヒートポンプ(環境調整機)、44:暖房機(環境調整機)、46:CO2発生機(環境調整機)、50:日射量センサ(共通のセンサ)、52:雨滴センサ(共通のセンサ)、54:風向センサ(共通のセンサ)、56:風速センサ(共通のセンサ)、58:温度センサ(共通のセンサ)、60:湿度センサ(共通のセンサ)、62:温度センサ(共通のセンサ)、64:湿度センサ(共通のセンサ)、66:CO2センサ(共通のセンサ)、100:ハウス制御装置
Claims (4)
- 作物(6)を生育する複数の棟(12)を有するハウス本体(10)と、
前記ハウス本体の内外の環境情報を検出し、前記ハウス本体に共通のセンサ(50〜66)と、
前記複数の棟の各棟に対し、前記ハウス本体が前記複数の棟のうちの1棟を有する場合に1棟の内部環境が調整されるのと同じ能力で、前記各棟の内部環境を調整する環境調整機(30〜46)と、
前記ハウス本体が前記複数の棟のうちの1棟を有する場合に1棟の内部環境を目標環境に制御するように確立した制御アルゴリズムにより、前記共通のセンサから取得する前記環境情報に基づいて前記環境調整機を制御し、前記各棟の内部環境を目標環境に制御するように構成された制御装置と、
を備える農業用ハウス。 - 請求項1に記載の農業用ハウスであって、
前記環境調整機は、前記ハウス本体が前記複数の棟のうちの1棟を有する場合と同じ位置で前記各棟に設置されており、前記各棟に設置されている前記環境調整機は前記ハウス本体が前記複数の棟のうちの1棟を有する場合と同じ能力で前記各棟の内部環境を調整する、
農業用ハウス。 - 請求項1または2に記載のハウス制御装置であって、
前記制御装置は、前記各棟の内部環境として、温度と湿度と二酸化炭素濃度とのうち少なくとも温度を調整するように構成されている、
農業用ハウス。 - 請求項2、あるいは請求項2を引用する請求項3に記載のハウス制御装置であって、
前記環境調整機として、前記各棟の長手方向両端の少なくとも一方の端部(24)に、前記各棟の内部を換気する少なくとも1つの換気扇(30〜34)が設置されており、
前記制御装置は、前記共通のセンサから、前記環境情報として前記ハウス本体の内部温度と前記ハウス本体の外部温度と日射量とを少なくとも取得し、換気することにより前記内部温度を低下させる前記換気扇の換気能力と前記環境情報とに基づいて、前記換気扇の駆動を制御して前記内部温度を目標温度に制御するように構成されている、
農業用ハウス。
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