JP5871025B2 - 省エネルギー型植物栽培システム - Google Patents

Description

本発明は、省エネルギー型植物栽培システム、特に植物工場における空調と照明に要するエネルギーを従来よりも大幅に低減する省エネルギー型植物栽培システムに関する。

植物工場では、人工照明を用いて植物を栽培室内で栽培する。その栽培室では、光合成を活発に行わせるため、高い光量が必要となる。そのため、高光量の照明を使用する必要があるが、そのような照明は消費電力が大きい。また、比較的草丈の高く生長する性質の植物の栽培に人工照明を用いる際、生育初期の草丈が低いときだけでなく、高く生長した植物群落にも十分な光量を照射するために、消費電力の大きな照明を用いて植物の生育に関係なく常に栽培室全域に光を照射する。全域照明である。

一方、栽培室で生育する植物が占有する容積にかかわらず、室内全域を空調することも行われている。これを全域空調という。しかし、栽培室全域を空調するため、空調空気の風量や搬送動力が大きくなってしまう。特に、全域照明と全域空調とを採用する場合、前述のように、照明の排熱量も多いため、空調の消費エネルギー量がさらに大きくなる。

このように、従来の植物工場の栽培室では、一般的には、全域空調、全域照明を行っていたため、空調と照明に要するエネルギーが大きいことが問題であった。

図６は、従来方式による植物の栽培室１の全域空調および全域照明の例を説明する模式図である。

図中、照明手段２は栽培室の天井面に固定されており、下方に栽培棚３が設けられている。空調装置４の吹出口５は栽培棚３より上の位置に設けられており、吸込口６は栽培室１の床面近く、側方に設けられており、そこから排気されている。このような従来方式では、全域に十分な光量を照射するために消費電力が大きい。また栽培室全域を空調する必要がある。なお、以下、図中の矢印は給気、排気の流れを示す。以下、同じ。

また、このような全域照明では、高い光量の光を栽培室全域に照射するため、メタルハライドランプや高圧ナトリウムランプなどの高出力の照明を用いなければならない。そのような高出力照明の消費電力は大きく、生産コストを上げる一因になっている。

すなわち、植物工場において、植物に最適な温湿度環境に制御する上で、これらの照明点灯時に発生する照明排熱量は大きいため、空調によって排熱を処理する場合には多大なエネルギーを要する。したがって、このような全域照明、全域空調に対して、省エネルギー対策として、次のような近接照明、局所空調方式を採用した植物栽培システムが提案されている。

図７は、水耕栽培の施設の局所空調方式を説明する模式図である（特許文献１）。

図中、半密閉式空間を備えた栽培棚３には吸込口６が設けられており、一方、吹出口５は植物に側面から近接させて設けられ、反対側に設けた誘引ガイド７を介して栽培棚３に設けた吸込口６を経て空調装置４に至る循環系が設けられている。吹き付けられた空調空気を誘引ガイド７によって栽培棚下部に設けられた半密閉空間に誘引して局所空調を行う。しかし、空調域が吹出口５〜誘引ガイド７の間で固定され、植物が生長して草丈が高くなった時、また草丈の高い植物の栽培時は、群落全体を空調できない。

ところで、大豆やトマトのような、草丈の高い植物の栽培時には、草丈が伸長する空間を確保するため、レタスなどの葉物野菜の栽培時に比べ、天井の高い栽培室で栽培する。その場合、栽培期間を通じて栽培室全域を空調すると、風量や搬送動力が大きくなる。

また、大豆やトマトのような、草丈が高い植物は、株間で葉が繁り、群落を形成する。群落の内部は葉や枝が密集するため、風の流れが妨げられ、空調空気が届きにくくなる。さらに植物からの水分の蒸散があるため、空調空気が通りにくい群落内部は高湿度になり、カビや病気が発生しやすい環境へと悪化してしまう。

植物の生長に合わせて、あるいは草丈に合わせて、空調、照明を変える植物栽培システムも知られている。

図８は、草丈に合わせて多孔性ダクト８から空調空気を吹き出し、植物を栽培する領域のみ局所的に空調する従来技術の別の例を示す模式図である（特許文献２）。

図示例では、多孔性ダクト８から植物に側面から空調空気を吹き出し、下方の吸込口６ａから空気を吸い込む。吸込口６ａからの空気を、除湿を目的とする空調装置４で冷却した後、上方の吸込口６ｂから高温の空気と混合することで温度を上げ、目標温度に調節して、再び多孔性ダクト８に送る。送風機９の回転数をインバ−タで制御して風量を調整することで、搬送動力を低減する。

しかし、栽培棚上に多孔性ダクト８を設置しているため、照明を十分に植物に接近させることができず、植物の生育の管理がしにくい。

図９は、局所空調と近接照明とを組み合せた従来例を説明する模式図である（特許文献３）。

図示例は、特に空調装置４から吹出口５を経て空調空気が照明手段２の背後から照明手段２の隙間２ａを通って下方の栽培棚３に吹き付けられ、同時に照明手段２が上下に移動可能である植物栽培照明・空調ユニットである。しかしながら、空調装置４からの空調空気が照明手段２の間隙を通ることで、植物の空調に先だって空調空気の温度が照明排熱を
除去するために使用されるので、省エネルギー効果が低い。

同じく図１０も、局所空調と近接照明とを組み合せた多段栽培棚方式の従来例であり、空調装置とともに、植物の生長に応じて照明手段２を上下に移動できるようにする近接照明の提案もされている（特許文献４）。

なお、図１０は、空調空気の流れを横方向に実現させる特許文献４の図４に示す第一の態様と、図中矢印で示すように上下方向に空調空気流れを実現させる同図７に示す第二の態様を併せて示す。

特開平５−２９２８４５号公報 特開２０１１−２２３８９２号公報 特開２０１２−１２５１９６号公報 特開２０１０−０８８４２５号公報

従来技術において省エネルギー効果の比較的大きいのは、図１０に示すシステムと思われる。図１０に開示される植物栽培システムでは、植物生育用の空間を栽培棚３を利用して多段に仕切り、それぞれの段に栽培棚３、吹出口５と吸込口６とから構成される空調装置、および照明装置２を設けている。非常にコンパクトな構造となっており、省エネルギーが期待される。

しかしながら、空調空気の横方向の流れを実現させる第一の態様にあっては、吹出口５から吹き出された空調空気は、照明排熱を巻き込みながら、横方向に向かい、同じ段の吸込口６に流れる。そのため、吹出口５から吸込口６にかけて、温度勾配が生じ、吹出口側と吸込口側で植物の生長速度に差が生じてしまう。

一方、空調空気の流れを上下方向に出現させる第二の態様にあっては、照明装置２は、生育植物の生長に応じて上下に移動し、一方、空調装置４も照明装置２と連動して上下に移動し、植物と照明装置２の両方に向かって、図示矢印方向に空調空気を吹き出す。しかし、植物に対する空調とは別に、照明排熱を強制的に空調で除去しているため、空調空気の送風量や搬送動力が大きくなってしまい、実際には省エネルギー性が低い。

本発明は、近接照明、局所空調を効果的に組み合わせた省エネルギー性が高い植物栽培システムを提供することを目的とする。

本発明者らは、従来の局所空調が植物の横方向からの空調であるため、植物の生長に伴って十分な効果が発揮されないことに着目して、栽培植物の下方から上方に向かって空調を行えば、その生長にかかわらず、植物全体を常に空調できることを知り、さらに、そのような下方から上方への空調によれば、栽培室全体に空調空気の上昇流が生じることで、従来問題であった近接照明による照明排熱の問題が効果的に解消されることを知り、本発明に想到した。

本発明によれば、栽培棚の側面の上側の位置から植物に向かって上方向へ空調空気を供給することで、各植物体の栽培環境（風速・温度）がより均一になる。また、そのような空調空気の上昇流を利用することで照明排熱を効率的に排出することが可能であり、本発明にかかる栽培システムは省エネルギー性が高い。

すなわち、本発明にかかる省エネルギー型植物栽培システムは、上下に移動可能な照明手段、栽培棚側面に上向きに設けられた空調空気の吹出口、好ましくは給気用のチャンバーと栽培棚が一体となったチャンバー状栽培棚の側面に、この給気用のチャンバーに連通して設けられた吹出口、および照明の背面側に設置した空調空気の吸込口から構成されることで、栽培室内に空調空気の上昇流を生じさせる空調方式を実現する省エネルギー性に優れたものであり、具体的には、下記のような構造を備えている。

（ｉ）植物の生長に合わせて上下に移動可能な照明手段を設けるとともに、その照明手段の下方に、栽培棚を設置する。

（ｉｉ）照明には、消費電力が小さい光源を用いることができる。消費電力が小さいため低光量になるが常に植物に近接照明することで、植物に必要な光量を確保する。植物の草丈が伸長したら照明の高さを調整し、伸長の盛んな植物の頂上部、つまり植物の生長点に対し、常に同程度の距離で近接照射する。

（ｉｉｉ）好ましくは、栽培棚にはその側面の上側の長手方向に沿って吹出口を設け、空調装置からの空調空気を栽培棚上にあって上方向に栽培植物に向けて給気し、下方から上方に向かって植物周辺を局所的に空調する。

（ｉｖ）その照明手段の上方には、空調空気の吸込口を設置する。空調空気が植物群落近傍から上方の照明手段に向けて上昇気流を形成し、照明の排熱を吸い込み、その排熱を例えば屋外に排出する。屋外に排出しなくても、空調空気の温度管理のために再循環して利用してもよい。

（ｖ）好ましくは、吹出口の上向きの角度を調整し、風向きの調節を可能にする機構を持つ。

ここに、本発明は次の通りである。

植物が植栽される栽培ベッドを有する栽培棚、該植物に局所空調を行う空調装置、および該植物に上方から光を照射する、照射位置変更可能な照明装置を備えた栽培室からなる植物栽培システムにおいて、該栽培ベッドの下方に空調空気案内用の空間が設けられ、該 栽培ベッド側面の長辺側である長手方向、もしくは同長手方向および栽培ベッド側面の短 辺側である短手方向に伸びた、対となった吹出口が設けられ、空調空気案内用の空間と該 吹出口とが連通し、
該吹出口は、該栽培ベッドの内側上向きに空調空気を吹き出し、該空調空気の衝突によ り、上昇気流とともに、下降気流を生じさせ、前記照明装置の上面側に前記照明排熱を排 気する集熱用フードと吸込口が設けられ、植物周辺部を少ないエネルギーで局所的に空調 できることを特徴とする、植物栽培システム。

本明細書において、チャンバー状栽培棚とは、チャンバー上に栽培ベッドを備えたものであり、栽培ベッドの下部に空調用の空間が設けられている。栽培ベッドは、水耕、土耕など、栽培方式は問わない。また、空調用の空間とは、空調空気の単なる溜め部であっても、単なる通風路であってもよく、その上部に上向きに空調空気用の吹出口を備えることができればよい。

本発明において用いるチャンバー状栽培棚のチャンバーの側面のいずれかの１面あるいは２面以上に設けられた空調空気の取り入れ口があり、栽培ベッドの側面の上側には、好ましくは、対となる吹出口を有する。さらに、好適態様では植物の生長に合わせて空調域を拡大できるように吹き出しの角度の調整と風向きの調節が可能な機構を備えている。

本発明によれば、栽培棚の側面の上側に設けた上向きの吹出口からの給気によって、植物周辺だけを空調する。さらに、その空調空気は上方の照明の排熱を吸い込み、その排熱を栽培室外、例えば屋外に排出することで空調負荷を低減し、省エネルギーを図ることができる。

また、植物の草丈の伸長に合わせて照明の高さを調整し、常に植物に近接照明することで、消費電力が小さい照明を用いて栽培することができ、照明の消費電力量と照明排熱量の低減によって省エネルギーを図ることができる。

これらをまとめると本発明の作用効果は次のようである。

（１）消費電力が小さく、低光量である照明を、常に、植物に近接照明して栽培することができるため、照明の消費電力量を低減するとともに、照明排熱の回収・排出と、局所的な空調による空調負荷の低減によって、省エネルギー性が高い。

（２）好ましくはチャンバー状栽培棚に設けた吹出口から、植物周辺の目標温度に近づけた空調空気を吹き出すことで、植物群落内部にも空調空気を送り、生長に最適な温湿度環境にできる。

（３）栽培棚の吹出口から上方に向って空調空気を供給することで、各植物体の栽培環境（風速・温度）がより均一になる。また、吹き出し角度や吹き出し風量を調節することで空調域の拡大や縮小が可能である。

（４）照明排熱を直ちに排気することが可能であり、省エネルギー性が高い。
（５）栽培棚上方に空調の吐出用のダクト等が設けられていないため、照明を近接する場合でも、照明の設置位置が制限されず、植物の管理がしやすくなる。

これらの点を総合的に考えて、本発明によれば、図６に示すような従来装置と比較して、ほぼ夏期の照明点灯時で６５〜７０％、冬季の照明点灯時で６０〜６５％近い省エネルギルー効果が期待される。

図１は、本発明に係る植物栽培システムの一例を模式的に示す斜視図である。 図２は、本発明に係る植物栽培システムの構成を模式的に示す説明図である。 図３は、本発明において用いる空調装置の吹出口の部分拡大図である。 図４は、本発明にかかる植物栽培システムを使ったときの空調空気の上昇気流および下降気流の発生を示す模式的説明図である。 図５は、本発明にかかる植物栽培システムを使ったときの温度分布を示す説明図である。 図６は、従来の植物栽培システムの構成を模式的に示す説明図である。 図７は、別の従来の植物栽培システムの構成を模式的に示す説明図である。 図８は、さらに別の従来の植物栽培システムの構成を模式的に示す説明図である。 図９は、同じく別の従来の植物栽培システムの構成を模式的に示す説明図である。 図１０は、近接照射と局所空調とを組み合せた方式の植物栽培システムを模式的に示す説明図である。

本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る植物栽培システムを構成する栽培棚２０、空調装置２２、照明装置２４を備える栽培室２６の一例を、一部を簡略化するとともに透視状態で模式的に示す斜視図である。図面を見易くするために、栽培室２６の躯体をなす天井面２６ａ、床面２６ｂ、４つの壁面２６ｃは、いずれも、それぞれの角部を二点鎖線で示すことによって、透明の状態で示す。

栽培室２６において、天井面２６ａを天井部とするとともに、栽培室２６の下部、例えば床面２６ｂの近傍に栽培棚を設けることが、植物３０が例えば大豆やトマトといった草丈が大きくなる植物である場合には、植物３０の生長のための空間を確保し易いために、望ましい。草丈の小さい植物の場合には、栽培棚を多段に設けてもよい。もちろん、栽培室２６を上方向に多段に設置することも可能である。

図２は、本発明における空調装置、照明装置、栽培棚の配置を模式的に示し、図３は本発明における栽培棚２０の好適態様のチャンバー状栽培棚の長手方向の側面の上面に設ける吹出口３３の設置位置および構造の一部を拡大して簡略化して示す。

図１および図２において、栽培室２６は、床面２６ａ、天井面２６ｂ、そして左右、前後の壁面２６ｃによって区画される空間から構成される。栽培室の中には少なくとも１の栽培棚２０、空調装置２２、照明装置２４が備えられている。

照明装置２４は、支持フレーム５０によって支持された照明手段２５を備えており、支持フレーム５０とともに適宜昇降手段５２によって、可動式となっており、生長する植物に対する照射位置、例えば照射高さが変更可能となっている。

栽培室２６において、照明手段２５からの照射によって植物３０が生育する。植物の生育にしたがって、照明装置２４は、植物に接しないように、徐々に上方に引き上げられて移動する。

［吹出口３３］
吹出口３３は、栽培棚２０の植物３０に向って下方から上方に空調空気を吹き出すように設けられる。吹出口３３の先端を構成する開口は、そのため、栽培棚の上方を向いて上向きに開いている。吹出口３３の開口の位置、高さは、上述のような効果が発揮される限り特に制限はない。吹き出し角度の調整を行う場合は、外片（例、フラップ部材）４３を用いて行えばよい。

すなわち、本発明において、空調空気は吹出口から植物に対して給気され、局所空調を行なうのであって、吹出口の具体的構造および設置位置はそのような局所空調が可能であればいずれであってもよい。好ましくは、生育植物の生長点に向かって上向きの空調空気が送られればよく、吹出口３３は床面２６ｂ、あるいは側面２６ｃに栽培棚を取り囲むように設けられた単なる吹出ノズルから構成されてもよい。しかし、空調効率という点からは、栽培棚にできる限り近接して設けるのが好ましく、その場合、図示例のように、栽培棚の側面の上部に上向きに開いた開口を設け、これを吹出口とすることが、装置構成をコンパクトにするという点からも、好ましい。

栽培棚を中心に対称に吹出口を設けることで、栽培棚の上方で空調空気が衝突するように構成すれば、上昇気流とともに下降気流も生じ、生育植物の空調はより効率的に行うことができる。さらに、栽培棚を取り囲むように、その長手方向ばかりでなく短手方向においても吹出口３３を設けてもよい。

このような効果は、特に、吹出口を内側上向きに設けることで特に発揮される。より具体的には、吹出口が「内側上向き」、あるいは「内側上方を向いて」設置されるとは、例えば、吹出口の垂直方向より栽培棚の方向にゼロ超９０度未満の角度、好ましくは、ゼロ超６０度以下の角度の方向を向いて設置されることである。

本発明によれば、図２に示すように、栽培ベッド２０ａに近接して上向きに設けた吹出口３３からの空調空気は植物の根元から、上方に向かって植物の高さ方向に吹き出される。本発明では、植物の近接位置から局部照明が行われており、そのときの照明排熱は、上昇流となった空調空気の流れによってさらに上方に設けた吸込口４４を経て、必要により換気・外気取り入れを行ってから、空調装置２２に戻される。吹出口３３は、図３に示すように、栽培棚２０を構成する栽培ベッド２０ａの上側面に沿って内側上向きに設けられている。

［栽培棚２０］
植物３０は、栽培棚２０を構成する栽培ベッド２０ａにおいて栽培される。栽培棚２０は、生育植物に対し下方から上方に向かって空調空気の上昇流が生じる限り、本発明においてもその構造などが特に制限されるものではなく、従来のものであってもよい。例えば、栽培棚２０は栽培ベッド２０ａだけから構成し、その少なくとも１の側面もしくはその全周囲の近傍に上向きの吹出ノズルを適宜設けた構造としてもよい。

図１および図２に示すように、空調効率を高めるためには、チャンバー状栽培棚とすることが好ましい。すなわち、上面が開いた筐体であるチャンバー６０を用意し、その内部に栽培ベッド２０ａを入れ、例えば、図３に示すように、長手方向に沿ってチャンバー６０の上側面６０ａと栽培ベッド２０ａの側面２０ｂとの間に空隙を設けておき、これを空調空気の吹出口３３として機能させるのである。その給気用のチャンバー６０は空調装置２２に通風路３７を介して連絡している。

このように給気用のチャンバー６０を設けることで、次のような利点が見られる。

（ｉ）栽培ベッド２０ａは、植物の定植、収穫のときに容易に取り出し可能となり、植物の栽培、管理がさらに容易になる。

（ｉｉ）空気溜めの作用が発揮され、より均一な風速・温度の実現が容易となり、栽培棚全域に均一な空調が可能となる。

（ｉｉｉ）設備の保守・点検が容易となる。

具体的には、チャンバーの大きさは、栽培棚の中央部にまで作業者の手が届いて作業ができるような大きさ、例えば幅０．５〜１．０メートル程度であり、高さは立ち作業ができるということで同じく０．５〜１．０メートル程度である。長さも、栽培ベッドの取り出しの容易さを考えて、１メートル程度とする。栽培ベッドの大きさは、チャンバーより、空調空気用の吐出口の大きさ、幅の分だけ、小さい形状とすればよい。

［空調装置２２］
空調装置２２は、空調機本体３２、空調空気の吹出口３３、空調空気の吸込口４４、空調機本体３２と吹出口３３とを連絡している給気用通風路３７、吸込口４４と空調機本体３２とを連絡している排気用通風路３８を備えている。空調機本体３２およびこれらの通風路は外気４０と適宜連絡させてもよい。

チャンバー状栽培棚を用いる場合、吹出口３３は、すでに説明したように、チャンバー上側面６０ａと栽培ベッド２０ａの側面２０ｂとの隙間でもって構成するが、そのときの吹出口３３は、チャンバー６０の長辺側、すなわち栽培ベッド側面の長辺側である長手方向に延びて両側に対になって設けられているのが好ましい。チャンバー６０の短辺側、す なわち栽培ベッド側面の短辺側である短手方向にも設けられてもよく、栽培ベッドの全周をめぐって設けられていてもよい。あるいはその一部にだけ設けてもよい。図１に示す例では、長辺両側に対となって内側上向きの吹出口３３が設けられている。

［吸込口４４］
本発明において、前記空調空気を前記照明装置の排熱とともに吸い込む吸込口は、照明手段の背面側に設けられている。ここに、照明手段の「背面側」とは、空調空気の上昇流れにおいて照明手段より下流側の意味である。

図２からも明瞭に分かるように、吸込口４４は、照明手段２５を取り付けている支持フレーム５０の背後に設けているが、吸込口４４は、照明手段２５の照明排熱を排出することができる位置に設置されていればよく、特定の位置に限定する必要はない。例えば、栽培室２６の天井面２６ａまたは壁面２６ｃであって、照明手段２５の点灯面付近であって照明排熱で温度が上昇した空気の通路であればよい。具体的には、図２であれば、照明手段２５の下端より上の位置であればよい。好ましくは、支持フレーム５０の背後に設けた集熱用フード４８に設置する。

吸込口４４の形状・構造それ自体特に制限されず、照明排熱の排気が上向きに行われればよい。そのためには照明排熱を伴って上昇してくる空調空気を受け入れる開口部を構成していればよい。

図１に示すように、照明手段２５を取り付けている支持フレーム５０を構成する、例えば２本の懸垂用フレ−ムに隙間を設け、下方からの空調空気、照明排熱の通過を容易にしている。

図１に示す態様では、吸込口４４は、照明手段２５を取り付けている支持フレーム５０の背後に設けている。図２に明瞭に示すように、上下に移動する機構を備えた照明手段はその上方に排気用の集熱用フ−ド４８が設けられており、そのフ−ドの中央部に吸込口４４が設けられてもよく、下方からの空調空気および排熱は、吸込口４４から通風路３８を経て栽培室の外に排気される。照明排熱をより効率的に吸い込むことができるように、図２に示すように吸込口４４に集熱用フ−ド４８を設置してもよい。さらに、照明排熱を効率的に吸い込めるように、集熱用フ−ド４８は照明手段と連動して、あるいは別々に上下に移動させるように構成してもよい。

このように、集熱用フード４８と吸込口４４との組み合わせ、構造は、空調空気が栽培 棚上で衝突することで形成される上昇気流に随伴して、照明排熱を効率的に上方に排気できるものであれば、特に制限はない。しかし、集熱用フード４８があまりに小さく、あるいは浅く、吸込口からの吸い込み量が少ない場合には、照明排熱を含んだ空調空気がフードからあふれてしまうことが想定されるから、十分な大きさ、深さとする。

なお、図１、２に示すように、通風路３７には、通風路３７内を流れる空調空気の流量を調節し、また遮断するためのダンパ３７ａが設けられるとともに、通風路３８にも、通風路３８内を流れる空調空気の流量を調節し、また遮断するためのダンパ３８ａが設けられる。ダンパ３７ａ、３８ａは、この種のダンパとして周知慣用のものを用いればよい。

［照明装置２４］
照明装置２４は、図示例では、照明手段２５と、それを固定している懸垂用フレ−ムである支持フレーム５０と、そのフレームを上下動自在に支持している適宜懸垂機構からなる昇降手段５２とから構成される。植物の生長に合わせて照射高さを調整する。本発明の場合、空調装置の設置位置によって照明装置の高さ変更は制限されないから、植物生長先端から常に一定の高さ、例えば３０−４０ｃｍという照射位置を保ちながら、照射を続けることができる。なお、照射位置調節機構である昇降手段５２は適宜構造のものを使用すればよい。図示例では、昇降手段５２は支持フレーム５０を吊り下げるワイヤから構成されている。

照明の高さは、レタス、イチゴなどの草丈が低い植物の栽培のときには、定植時に決定し、植物の草丈が最も高くなったときに照明に近すぎない程度として、例えば植物の頂上部から４０ｃｍ程度とする。大豆、トマトなどの草丈が高い植物の栽培時には、植物の草丈の伸長に合わせて照明の高さを上げる。定植時における照明の高さを植物の頂上部から４０ｃｍ程度とし、草丈が高くなり照明の下端と植物の頂上部との距離が２０ｃｍ程度にまで近づいたら再び、その距離を４０ｃｍ程度とする。

照明手段２５は、図１では、例えば、１列に５基が２列、合計１０基の照明手段（光源）２５が植物３０の上方の全域に配置されている。各照明手段２５は、例えばメタルハライドランプや高圧ナトリウムランプ、さらには蛍光灯といった、点灯により排熱を発生する照明である。ＬＥＤ照明であってもよい。

図２は、本発明における空調装置、照明装置、栽培棚の関連を模式的に示すもので、栽培棚の下方からの空調空気は、その上側面に設けた吹出口３３から上方に向け、栽培棚２０の内側を向いて吹き出される。そのため、空調空気は栽培棚の中央で衝突し、上昇気流 と下降気流を形成する。一方、照明手段２５は植物の生長にしたがって常に一定距離を保ちながら上方から照射を続けており、そのときの照明排熱は、空調空気の上昇気流によって上方向に運ばれ、下方の植物に直接影響を与えることはない。言い換えれば、空調空気の上昇流れは、照明手段の冷却効果を発揮するのである。そのため照明手段の発熱が問題となるような条件・環境下では本発明にかかる栽培システムはさらなる利益をも、もたらすのである。

このようにして上昇気流は、植物の空調・照明排熱の回収を行ってから照明手段２５の背後に設けた集熱用フ−ド４８でもって集められ、その中心部に設けられた吸込口４４から排出される。

図からも分かるように、照明手段が植物の生長に応じて適宜その位置を変更するのに対して、吹出口３３の吹き出し位置は一定のままである。植物の下方から上方への空調であるため、植物の生長に関わらず、局所的に植物全体を空調できる。植物が密生していても同様である。したがって、吹出口は、内側上向きの小面積の開口部を栽培棚の側部に間隔をおいて多数並べたものであってもよい。上向きに生育植物の下方から上方に向かい側面から空調されるため、植物が生長して密生してからも内部まで空調が可能である。これらの開口部が栽培棚の長手方向の両側に対になって設けられているのが好ましい。下降気流が一部生じるからである。

吹出口３３は、図３にも示すように、吹出口３３の外片４３は、側壁部に、例えばヒンジ止めされており、適宜角度が調節可能となっている。栽培ベッドの植物の草丈の生長にしたがって、吹き出し角度を調整することで常に植物の生長点に向け空調空気を送ることができる。なお、空調空気の吹き出し角度を調節可能に取り付ける外片４３のその他の取り付け手段も、当業者には自明である。

この吹き出し角度は本発明において特に重要である。空調空気を栽培棚上で衝突して上昇気流と下降気流を形成するということからは上方内側向きであればよい。しかしその目的は栽培植物に対する空調であって、栽培棚の側面から上方に向くということで十分であるが、好ましくは、生育植物の生育点向かってその生長に合わせて空調空気を給気するということから、角度調整可能とするのが好ましい。

このような吹出口の角度は、定植のときに決定するが、吹き出された空調空気が栽培棚の中央でぶつかるように各吹出口の角度を等しくするのが好ましい。

草丈が低い植物の栽培時には、吹き出し角度は、栽培棚中央で、かつ栽培棚面から上方３０ｃｍ程度の高さの点に向けた角度とする。これは生育植物の生長点を目がけるということである。チャンバー状栽培棚の幅によって角度が変わるが、草丈が低い植物の栽培時には垂直方向に対して栽培棚の内側に向かって６０〜４５度程度である。

草丈の高い植物の栽培時には、吹き出し角度を４５度とすると、吹出口を両側で対に設けた場合、空調空気は栽培棚の中央部でぶつかり、全体としては上昇気流を形成し、栽培植物の群落上部を空調するが、一部の空気は渦を形成して下降し、下降気流を構成し、栽培植物の群落下部を空調するようになる。このように、空調空気を対称に吹き出す形態の場合には、その吹き出し角度は４５度が好ましい。

図４はこのような空調空気の流れを説明する模式説明図である。

図示例にあっては吹出口３３が栽培棚の長手方向に対になって設けられており、吹き出し角度が植物の上方で交わるように調整してあり、これにより給気される空調空気は栽培棚上でぶつかり、その一部が下向きの渦流れを形成し、下降気流となり、その結果、植物の根元まで空調される。

図５は、図１、２に示す植物栽培システムを使って栽培室内の温度分布を数値流体解析シミュレーションで計算したときの結果を示す。図中、部材の参照符号以外の数字は温度（℃）を示す。１点鎖線は等温線を示す。

本例は図１に示す装置を使って行ったもので、そのときの条件は次の通りであった。

チャンバー状栽培棚の各吹出口３３からの風量 ２１７．５ｍ^３／ｈ
チャンバー状栽培棚の各吹出口３３からの風速 ０．６７ ｍ／ｓ
吹き出し角度 ４５度
チャンバー状栽培棚への給気温度 ２６℃
栽培室周辺の温度 ３２．５℃
照明下端とチャンバー状栽培棚上端の距離（栽培初期） ４０ｃｍ
照明手段２５の照明としては、電球型蛍光灯（発熱量１３５Ｗ／灯）を用いた。

これによれば、栽培棚２０上の温度は２８±２℃であって、ほぼ均一な温度分布となっている。一方、集熱用フード４８を設けた吸込口４４における温度は３１℃と高く、照明排熱の適正回収による省エネルギーを図ることが可能という結果を得た。

本発明によれば、以下に列記する効果が得られる。

（１）植物３０の周辺部の空気を、栽培棚２０の側面の上向きの吹出口３３から吹き出 される空調空気によって、局所的に空調・換気するから空調空気の搬送動力が少なくすることができる。

（２）栽培棚２０の側面部には、栽培棚の長手方向に伸びた上向きの吹出口３３を設け、これより植物３０に下方から空調空気を送り、局所的に空調することができるため、栽培室２６全体を空調する従来方式よりも少ない風量で空調することができるので、搬送動力が低減でき、省エネルギーを図ることができる。

（３）吹出口３３には、植物３０の生長（草丈の高さ）に応じて吹出し方向を調整する機構を組み込むことができるので、植物３０の草丈に応じて吹き出し角度を変化させた後、必要により、空調機本体３２の送風機の回転数をインバータで制御して風量を調整することにより、さらに風量を低減でき、搬送動力を低減して、省エネルギーを図ることができる。

（４）植物３０の頂上部の直近に目がけて下方から、吹出口３３を介して、植物３０の周辺部の設定温度に近づけた空調空気を緩やかに吹き出すことができるので、植物３０の群落の内部にも送風することが可能となる。このため、植物群落の内部の温度環境を目標値に制御でき、植物３０の生長の最適環境を容易に作り出すことができる。

（５）栽培棚の長手方向に沿って伸びた上向きの吹出口３３を用いることにより、吹出し面積を広く確保することができるので、植物の草丈にあわせた空調が可能となり、また、直近から吹き出しても植物にストレスを与えない風速での空調が可能になるとともに、吹出口３３と植物３０との距離が近いため、温度のばらつきを抑制することができる。

２０ 栽培棚
２２ 空調装置
２４ 照明装置
２５ 照明手段
２６ 栽培室
３０ 植物
３３ 吹出口
４４ 吸込口

Claims (1)

1. 植物が植栽される栽培ベッドを有する栽培棚、該植物に局所空調を行う空調装置、および該植物に上方から光を照射する、照射位置変更可能な照明装置を備えた栽培室からなる植物栽培システムにおいて、該栽培ベッドの下方に空調空気案内用の空間が設けられ、該 栽培ベッド側面の長辺側である長手方向、もしくは同長手方向および栽培ベッド側面の短 辺側である短手方向に伸びた、対となった吹出口が設けられ、空調空気案内用の空間と該 吹出口とが連通し、
   該吹出口は、該栽培ベッドの内側上向きに空調空気を吹き出し、該空調空気の衝突によ り、上昇気流とともに、下降気流を生じさせ、前記照明装置の上面側に前記照明排熱を排 気する集熱用フードと吸込口が設けられ、植物周辺部を少ないエネルギーで局所的に空調 できることを特徴とする、植物栽培システム。

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