JPS6211562B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明は施設園芸用温室における暖冷房システ
ム、特に地下水を熱源として利用する暖冷房シス
テムに関する。

(2) 技術の背景 温室を利用した施設園芸においては、単に温室
の集熱した太陽熱エネルギーを利用するだけでな
く、作物の生態に合せた積極的な温度管理が計ら
れる。すなわち冬期夜間においては転流促進や作
物の生育保持のために過度の冷え込みを防止する
必要があり、このために、例えば暖房機を運転
し、またはソーラーシステムにより日中太陽熱エ
ネルギーを集熱蓄熱し、夜間これを放出して加温
することが行われる。また下記夜間においては育
苗や果実の着色化または成長の抑止のために比較
的低温の雰囲気をつくる必要があり、このため
に、例えば地下水を汲み上げて温室の屋根に散水
したり、または熱交換機により冷気を換えて温室
を冷房することなどが行われる。

しかして暖房機の利用については、その主たる
エネルギー源であるところの石油の高価格化が続
き問題となつており、またソーラーシステムを利
用した加温では天候に左右され、特に日照時間と
の関連で地域的な制約がつきまとう。また地下水
の単純な利用態様ではその使用水量が大であるに
もかかわらず効率的な暖冷房効果が期待できない
問題がある。

かくして、省エネルギーが達成され、かつ効率
の大きい温室の暖冷房システムの開発が望まれて
いる。

(3) 従来技術と問題点 従来、例えば温室内に水対空気の対向流型熱交
換機を設置し、一方蓄熱水槽を設けて前記熱交換
機と相互に配管で結び、日中は温室内の高温の空
気の熱量を熱交換して温水として蓄熱水槽に蓄
え、夜間はこの温水を逆流させて熱交換機により
温風に換えて放熱暖房するシステム、また地中に
熱交換用風道を埋設し、日中この風道に暖かい空
気を流し地中に熱を蓄えておき、夜間これを放出
するいわゆる地中熱交換型ハウスが実用化されて
いる。しかし、日中太陽の照射がない場合にはそ
の機能が発揮されず、また特に後者の場合には温
室床面積にほぼ等しい膨大な風道を必要とし、工
事費がかさみ、かつ空気を媒体としているため熱
効率が小さいという欠点がある。

また、例えば温室内に水対空気対向流型熱交換
機を設置し、これにより16〜17℃の地下水と温室
内空気との間で熱交換する冬期夜間暖房の場合、
室温を５〜10℃より高い温度に、また夏期冷房の
場合室温を24〜29℃より低い温度に保持する暖冷
房システムが試みられているが、この方法では暖
房においては12℃以下の室温保持には利用できて
も、それ以上の温度条件では困難があり、まして
地下水温度以上の温度保持は不可能である。また
かなりの量の地下水を必要とし、このために立地
に制約を受けるという問題がある。

(4) 発明の目的 本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、石油等
の燃料を全く使用せず、かつ太陽の照射も必要と
しない、しかも少量の地下水の利用で済む効率の
大きい温室の暖冷房システムを得ることを目的と
する。

(5) 発明の構成 本発明は温室内に低温度差で運転する高性能の
水対空気対向流型の熱交換機を設置し、また温室
内または外にユニツト化されたピストン流式蓄熱
水槽を連結して設置し該熱交換機と蓄熱水槽の間
を相互に配管で結び、一方、地下水を熱源として
運転するヒートポンプを設けて前記蓄熱水槽と相
互に配管で結んだ装置を用い、冬期暖房に際して
は地下水を低熱源としてヒートポンプを操作し、
温水を蓄熱水槽に蓄え、かかる温水を用いて熱交
換機により温風に換えて温室内を暖房し、夏期冷
房に際しては地下水を冷却熱源としてヒートポン
プを逆方向に操作し、冷水を蓄熱水槽に蓄え、か
かる冷水を用いて熱交換機により冷風に換えて温
室内を冷房することを特徴とする暖冷房システム
を提供する。

(6) 発明の実施例 以下本発明の実施例を添付図面に基づいて説明
する。

第１図は本発明にかかる地下水利用システムに
おける各装置の系統を示す図である。同図におい
て１は温室５内に設置された熱交換機、２ａ，２
ｂは配管６で連結されたピストン流式蓄熱水槽、
３はヒートポンプ、４は井戸をそれぞれ示す。そ
して熱交換機１と蓄熱水槽２ａ，２ｂは循環ポン
プ７を介して相互に配管１０ａ，１０ｂで結ば
れ、また蓄熱水槽２ａ，２ｂとヒートポンプ３は
循環ポンプ８を介して相互に配管１１ａ，１１ｂ
で結ばれ、更にヒートポンプ３と井戸４は循環ポ
ンプ９を介して相互に配管１２ａ，１２ｂで結ば
れる。ここで、熱交換機１内には熱交換管（図示
せず）が多数条配設されており、空気取入口１３
から導入された空気は前記熱交換管の間隙部分を
通過する間に循環水１９と熱交換され、暖気また
は冷気が空気排出口１４から温室５内へ放出され
る。この際、空気と循環水１９は対向流で流れる
ようになつており、このため熱交換効率はきわめ
て高く、熱交換機より排出される水温は温室室温
近くまで接近し低温度差でも有効な熱交換がなさ
れるものとなつている。また蓄熱水槽２ａ，２ｂ
では上部給排水口１５ａと下部給排水口１５ｂが
図示の如く設けられ、実際の運転に際しては温水
が上部給排水口１５ａを、冷水が下部給排水口１
５ｂを優先的に還流するようにする（ピストン流
式）。これにより循環水１９の混流は防止され、
蓄熱水槽２ａ，２ｂ内は順次温水または冷水で満
たされることとなる。更にヒートポンプ３はクー
ラー１６と、コンデンサー１７と、コンプレツサ
ー１８とから構成されており、暖房用に供する場
合、すなわち地下水２０を低熱源として使用する
場合にはクーラー１６と井戸４と、コンデンサー
１７と蓄熱水槽２ａ，２ｂとが連結され、一方、
冷房用に供する場合、すなわち地下水２０を冷却
熱源として使用する場合にはクーラー１６と蓄熱
水槽２ａ，２ｂと、コンデンサー１７と井戸４と
が連結される如く各配管１１ａ，１１ｂおよび１
２ａ，１２ｂが切り換えられる。なお、ここで使
用するヒートポンプ３は少流量の熱源水（地下
水）でも十分な性能を有するように設計されたも
のである。

かかる構成により、冬期暖房に際しては、先ず
ヒートポンプ３を作動し、同時に循環ポンプ８と
９を運転する。これによりヒートポンプ３内の冷
媒はクーラー１６内にて地下水２０の熱を吸収し
て気化し、コンプレツサー１８にて加圧された後
コンデンサー１７へ移行し、コンデンサー１７内
にて循環水１９へ熱を放出して自らは液化し、再
びクーラー１６へ還流する。かかる冷媒の作用を
受けて循環水１９は加温されることとなるが、こ
の際循環水１９は図中実線Ｈ矢印で示す流れ、す
なわち蓄熱水槽２ａの上部給排水口１５ａに導入
され、蓄熱水槽２ｂの下部給排水口１５ｂから排
出されるようになつており、蓄熱水槽２ａ，２ｂ
は順次、温水で満たされることとなる。このよう
にして所定の蓄熱量を得た後、次に熱交換機１を
作動し、同時に循環ポンプ７を運転すると、空気
取入口１３から導入された冷たい空気と循環水１
９との間で熱交換がなされ、加温された空気が空
気排出口１４から放出されることになり、温室５
の暖房が行われる。この際循環水１９は図中、点
線矢印Ｈで示す流れとなり、温かい水が優先的に
熱交換機に流され室温近くまで冷却され冷水とし
還流されるようになつている。

一方、夏期冷房に際しては、ヒートポンプ３を
逆方向に操作、すなわち地下水２０をコンデンサ
ー１７へ、循環水１９をクーラー１６へ導入する
ようにすればよく、これにより冷水が蓄熱水槽２
ａ，２ｂに蓄えられることとなり、かかる冷水を
用いて熱交換機１により温室５の冷房が行われ
る。ただし循環水の流れは図中、実線矢印Ｃおよ
び点線矢印Ｃの如くなり、これにより蓄熱水槽２
ａ，２ｂは順次冷水で満たされ、また熱交換機１
へは冷水が優先的に流され、室温近くまで加熱さ
れ温水として還流される。

しかして、上記暖冷房システムによる実際の運
転においては夜間、冷暖房の必要な時間（例えば
夜８時から翌朝６時まで）にのみ熱交換機１を運
転し、これに必要なエネルギーをヒートポンプ３
の終日（24時間）運転により供給する運転操作が
用いられる。第２図はかかる運転状態を有効に実
現するための熱交換機とヒートポンプの放熱能力
を示す基本図形である。これによりＡで示される
熱交換機の放熱（冷）能力の、例えば10時間
（hr）積算後の値とＢで示されるヒートポンプの
放熱（冷）能力の24hr積算後の値とが同一の値Ｑ
_Mなる如くヒートポンプの能力を設定すれば、す
なわちヒートポンプの放熱（冷）能力を［熱交換
機の放熱（冷）能力×10／24］に設定すれば、１
日を１サイクルとする有効な熱利用が計られるこ
とになる。

具体的には、理論計算により求めた第３図の如
きヒートポンプのコンデンサー出口水温または熱
交換機入口水温をパラメータとして、必要とする
ヒートポンプの能力が設定される。第３図は放熱
暖房の場合の暖房性能を示したものであり、熱交
換機の放熱能力Ｑ_A（kcal／hr）、ヒートポンプの
必要放熱能力Ｑ_B（kcal／hr）、ヒートポンプのク
ーラー側へ入る熱源（地下水）水量Ｖ（／
min）、循環水のコンデンサー入口水温Ｗ_T（℃）
および温室暖房の設定温度Ａ_T（℃）間の相互関
係が、35、40、45（℃）で表す循環水の熱交換機
入口水温（℃）をパラメータとして示される。こ
れにより、例えば循環水の熱交換機入口水温を40
℃とし、設定室温を16℃とした場合、熱交換機の
放熱能力は約20500（kcal／hr）であり、このエ
ネルギーを供給するに必要なヒートポンプの放熱
能力は約8500（kcal／hr）と示される。この際、
ヒートポンプのコンデンサー入口水温は23℃であ
り、また熱源水量は10.3（／min）で足りる。

冷房の場合には、理論計算より求めた第４図の
如きヒートポンプ（クーラー）のクーラー出口水
温または熱交換機入口水温をパラメータとして必
要とするヒートポンプ（クーラー）の能力が設定
される。第４図は冷房性能を示したものであり、
熱交換機の冷房能力Ｑ_A′（kcal／hr）、ヒートポ
ンプ（クーラー）の必要冷却能力Ｑ_B′（kcal／
hr）、ヒートポンプ（クーラー）のコンデンサー
側へ入る熱源（地下水）水量V′（／min）、循
環水のクーラー入口水温Ｗ_T′（℃）および温室冷
房の設定室温Ａ_T′（℃）間の相互関係が５、
7.5、10（℃）で表す循環水の熱交換機入口水温
（℃）をパラメータとして示される。これより、
例えば循環水の熱交換機入口水温を7.5℃とし、
設定室温を28℃とした場合、熱交換機の冷却能力
は約17500（kcal／hr）であり、このエネルギー
を供給するに必要なヒートポンプ（クーラー）の
冷却能力は約7300（kcal／hr）となることを示
す。この際ヒートポンプ（クーラー）のクーラー
入口水温は22℃であり、また熱源水量は10.1
（／min）で足りる。

そして、第３図と第４図に示す線図を各システ
ム毎に用意しておくと、温室の管理が容易かつ正
確になされうるものである。

(7) 発明の効果 以上詳細に説明したように本発明の暖冷房シス
テムは少流量の地下水の利用により有効な温室の
暖冷房を行うことを可能にするものであり、しか
も連続安定運転のため性能の高い運転が図られ、
かつ高価なヒートポンプを小さくできるなど全体
の設備容量の小型化が達成される。そして石油等
の燃料を全く使用せず、またソーラーシステムの
如き太陽の入射も必要としないため、その経済的
効果は大きく、かつ立地条件に制約されない等の
利点を有するものであり、更にはソーラーシステ
ムに比し、高水準（冬期暖房の際の高温または夏
期冷房のときの低温）の温度設定と管理が容易か
つ正確に可能となり、このため栽培作物の利用範
囲が広くなる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる暖冷房システムを示す
系統図、第２図は熱交換機とヒートポンプの放熱
（冷）能力を示す基本図形、第３図と第４図は必
要とするヒートポンプの放熱能力および冷却能力
を求めるためのパラメータを示す図である。 １……熱交換機、２ａ，２ｂ……蓄熱水槽、３
……ヒートポンプ、４……井戸、５……温室、
６，１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，１２ａ，
１２ｂ……配管、７，８，９……循環ポンプ、１
３……空気取入口、１４……空気排出口、１５
ａ，１５ｂ……給排水口、１６……クーラー、１
７……コンデンサー、１８……コンプレツサー、
１９……循環水、２０……地下水。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 温室内に水対空気対向流型熱交換機を設置
   し、温室内または外にピストン流式連結型蓄熱水
   槽とヒートポンプを設置し、更に地下水を取水す
   る井戸を設け、前記熱交換機と蓄熱水槽の間を循
   環ポンプを介して相互に配管で連結し、前記蓄熱
   水槽とヒートポンプの間を循環ポンプを介して相
   互に配管で連結し、且つ前記ヒートポンプと井戸
   の間をポンプを介して配管で連結した地下水を利
   用した温室の暖冷房システムにして、冬期暖房に
   際しては地下水を低熱源としてヒートポンプを操
   作し、温水を蓄熱水槽に蓄え、かかる温水を用い
   て熱交換機により温風に換えて温室内を暖房し、
   夏期冷房に際しては地下水を冷却熱源としてヒー
   トポンプを逆方向に操作し、冷水を蓄熱水槽に蓄
   え、かかる冷水を用いて熱交換機により冷風に換
   えて温室内を冷房することを特徴とする施設園芸
   用温室における暖冷房システム。