JP5757752B2 - 地中蓄熱式暖冷房装置 - Google Patents

Description

本発明は、農業用ハウス内の地中に蓄熱し、地中温度及び地上温度を作物の生育促進に適した温度に管理する地中蓄熱式暖冷房装置に関する。

農業用ハウス（以下、単に「ハウス」と称する）内の作物（例えば菊）の生育促進のため、作物の根域付近を適温に維持する必要があることから、ハウスの地中にパイプを埋設し、そこに温水のような熱媒体を通すことで、作物が栽培されている土壌を暖房する地中熱交換式の温度管理が従来より行われている。

例えば、特許文献１は、石油又はガスを熱源とするボイラーにより温水を作り、その温水をハウス内の土壌に埋設されたパイプに通すことで、地中を温める。

また、特許文献２は、耕作用地中より深い泥水状の蓄熱地中にパイプを布設し、集熱器で温められた温水を蓄熱地中に送ることで蓄熱する。また、温水に代わって、暖気を蓄熱地中に送ることで蓄熱する。

特開２００７−２４４２７８号公報 特開平５−２６０８５７号公報

しかしながら、特許文献１については、温水を生成するのに必要な燃料費が高く、大きな経済的負担となる。また、特許文献２については、泥水状の蓄熱地中に長期間にわたって熱を蓄える構造であって、作物の根域付近の土壌を適温に維持する温度管理を行うことができない。

そこで、本発明の目的は、低コストでハウス内の根域付近の土壌温度を加温できる地中蓄熱式暖冷房装置を提供することにある。

本発明の目的は、効率よく且つ低ランニングコストで、地中に熱を蓄熱し、また、ハウス内の根域付近の土壌温度を加温できる地中蓄熱式暖冷房装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の地中蓄熱式暖冷房装置の構成は、地中で水平方向に延びる根域加温用パイプ(3)と、根域加温用パイプより深い地中で水平方向に延びる蓄熱用パイプ(4)と、地上の第一の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの吸入側端部と連通する第一のパイプ(7)と、地上の第二の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの排出側と連通する第二のパイプ(8)と、第一のパイプの第一の開口部から空気を根域加温用パイプに送り、第二のパイプの第二の開口部から排出させる第一のファン(9)と、第一のパイプの第一の開口部から空気を蓄熱用パイプに送り、第二のパイプの第二の開口部から排出させる第二のファン(10)と、地上の温度を検出する第一の温度センサ(21)と、根域加温用パイプ付近の地中温度を検出する第二の温度センサ(25)と、第一の温度センサ及び第二の温度センサの検出温度に基づいて、第一のファン及び第二のファンの回転制御を行う制御部(30)とを備え、制御部は、第一の温度センサが所定温度以上を検出すると、第一のファン及び第二のファンを回転させ、空気を根域加温用パイプ及び蓄熱用パイプに送り込み、制御部は、空気が根域加温用パイプ及び蓄熱用パイプに送り込まれているとき、第二の温度センサが所定の上限地中温度以上を検出すると、第一のファンの回転を停止し、第二のファンの回転を維持して、蓄熱用パイプにのみ空気を送り込むことを特徴とする。

また、本発明の地中蓄熱式暖冷房装置は、好ましくは、地中で水平方向に延びる根域加温用パイプ(3)と、根域加温用パイプより深い地中で水平方向に延びる蓄熱用パイプ(4)と、地上の第一の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの吸入側端部と連通する第一のパイプ(7)と、地上の第二の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの排出側と連通する第二のパイプ(8)と、第一のパイプの第一の開口部を開閉するための第一の切替弁(13)と、第二のパイプの第二の開口部を開閉するための第二の切替弁(14)と、第一のパイプの第一の開口部から空気を根域加温用パイプに送り、第二のパイプの第二の開口部から排出させる第一のファン(9)と、第一のパイプの第一の開口部から空気を蓄熱用パイプに送り、第二のパイプの第二の開口部から排出させる第二のファン(10)と、地上の温度を検出する第一の温度センサ(21)と、根域加温用パイプ付近の地中温度を検出する第二の温度センサ(25)と、第一の温度センサ及び第二の温度センサの検出温度に基づいて、第一のファン及び第二のファンの回転制御を行う制御部(30)とを備え、制御部(30)は、第二の温度センサが所定の下限地中温度未満を検出すると、第一の切替弁及び第二の切替弁を閉状態にし、第一のファンと第二のファンを互いに回転方向が逆になるように回転させ、根域加温用パイプと蓄熱用パイプ間で空気を循環させることを特徴とする。

本発明の地中蓄熱式暖冷房装置の別の構成は、地中で水平方向に延びる根域加温用パイプ(3)と、根域加温用パイプより深い地中で水平方向に延びる蓄熱用パイプ(4)と、地上の第一の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの吸入側端部と連通する第一のパイプ(7)と、地上の第二の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの排出側と連通する第二のパイプ(8)と、第一のパイプの第一の開口部から空気を根域加温用パイプ及び蓄熱用パイプに送り、第二のパイプの第二の開口部から排出させるファン(10)と、根域加温用パイプと第一のパイプとを開閉するための第一の切替弁(15)と、地上の温度を検出する第一の温度センサ(21)と、根域加温用パイプ付近の地中温度を検出する第二の温度センサ(25)と、第一の温度センサ又は第二の温度センサの検出温度に基づいて、第一の切替弁の開閉切替制御を行う制御部(30)とを備え、制御部は、第一の温度センサが所定温度以上を検出すると、第一の切替弁を開状態にし、ファンを回転させ、空気を第一のパイプ、蓄熱用パイプ及び根域加温用パイプに送り込み、制御部は、空気が第一のパイプ及び蓄熱用パイプに送り込まれているとき、第二の温度センサが所定の上限地中温度以上を検出すると、第一の切替弁を閉状態にし、蓄熱用パイプにのみ空気を送り込むことを特徴とする。

本発明によれば、ハウス内の暖気を地中の根域付近の層とそれより深い層の２層に送り込む構成とすることで、蓄熱層に熱を蓄え、且つ地中の根域付近及びハウス内の温度をきめ細かく適温に維持することができる。

また、熱は地中の土壌自体（パイプの周囲の土）に蓄える構造であり、特別な蓄熱媒体を地中に設ける必要はなく、また太陽光により温められた空気による蓄熱を行うため、加温、蓄熱に必要なエネルギー費用を削減でき、低いランニングコストでの温度管理を可能とする。また、温水などの液体をパイプ内に流通させず、空気を流通させる構成とすることにより、装置構造を簡易化でき且つメンテナンスも容易することができる。

また、ヒートポンプ装置を用いて、温水を加熱し地中を循環させることで、高効率且つ低いランニングコストで、地中の根域付近とさらに深い蓄熱層に同時に蓄熱することができる。また、冬季などヒートポンプ装置の効率が落ちる時期又はヒートポンプ装置による加熱が不可能な時期（熱交換器に着霜のおそれがある時期など）においても、蓄熱層に蓄えられた熱を、地中の根域及びハウス内の空気の加温に用いることができ、季節を問わず、常時ハウス内の地上部分及び地中部分の両方の温度を適切に管理することができる。

本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第１の構成例を示す図である。 第１の構成例における動作モード１の空気の流れを示す図である。 第１の構成例における動作モード２の空気の流れを示す図である。 第１の構成例における動作モード３の空気の流れを示す図である。 第１の構成例における動作モード４の空気の流れを示す図である。 本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第２の構成例を示す図であり、第２の構成例における動作モード１の空気の流れを示す図である。 第２の構成例における動作モード２、３の空気の流れを示す図である。 本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第３の構成例を示す図であり、第３の構成例における動作モード１の空気の流れを示す図である。 第３の構成例における動作モード２の空気の流れを示す図である。 第３の構成例における動作モード３の空気の流れを示す図である。 本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第４の構成例を示す図である。 ヒートポンプ装置５０の第４の構成例におけるヒートポンプ装置５０の動作を示す図である（動作モード１−４）。 ヒートポンプ装置５０の第４の構成例におけるヒートポンプ装置５０の動作を示す図である（動作モード５−６）。 本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第５の構成例を示す図である。 ヒートポンプ装置５０の第５の構成例におけるヒートポンプ装置５０の動作を示す図である。 本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第６の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第７の構成例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

＜第１の構成例＞
図１は、本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第１の構成例を示す図である。ハウス１は、一重又は二重のビニールハウス又はガラスハウスなどの植物・作物栽培用の農業用ハウスである。保温用カーテンフィルム２は、ハウス１内を上下に区画し、必要に応じてカーテンフィルム２で覆うことにより、暖気の上昇を抑え、地面付近の保温効果を高めることができる。

このハウス１内の地中の地下50cm〜80cm程度に、根域加温用パイプ３を水平に埋設し、さらにこの根域加温用パイプ３より深い地下100cm〜160cm程度に蓄熱用パイプ４を水平に埋設する。根域加温用パイプ３は、作物の根を加温するためのパイプであり、作物の根域付近に敷設される。蓄熱用パイプ４は、土壌に熱を蓄えるためのパイプである。なお、作物の浅根性又は深根性の違いにより、各パイプ３、４の埋設深さは、上述した数値に限らず、適宜調節される。

根域加温用パイプ３と蓄熱用パイプ４の両端には、地上に延びるパイプ７、８が連通している。パイプ７、８は、地上の開口部７ａ、８ａから地中方向に延び、途中の分岐位置７ｄ、８ｄで分岐し、それぞれ根域加温用パイプ３と蓄熱用パイプ４と連通する。パイプ７は吸入用パイプであり、吸入用ファン９、１０が通路に設けられており、その地上開口部（吸入口）７ａからハウス内１の空気（暖気）を吸入し、それぞれ根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４に空気を送り込む。また、パイプ８は排出用パイプであり、パイプ７の吸入口７ａから吸入された空気は、それぞれ根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４を通り、パイプ８の地上開口部（排出口）８ａから排出される。なお、吸入用ファン９、１０の設置位置は、パイプ７に限らず、パイプ８であってもよく、さらには、地中の根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４であってもよい。

なお、吸入口７ａ及び排出口８ａ（蓄熱用パイプ４と連通）は、ハウス１内で温められて上昇する空気を吸入するために、ハウス１内の上部、好ましくは、保温用カーテンフィルム２より上方側に設けられる。また、パイプ７、８は、吸入口７ａ、８ａより低い位置で開口する別の開口部７ｂ、８ｂを備える。別の開口部７ｂ、８ｂは、保温用カーテンフィルム２より下方側に設けられる。第一の構成例では、別の開口部７ｂ、８ｂは、パイプ７の根域加温用パイプ３と連通する分岐部分からさらに分岐した端部である。

各パイプ７、８の地中側端部（地中パイプ３又は４との連通している箇所から突出している部分）７ｃ、８ｃは、結露だまりとなっており、パイプ内で結露した水分を地中に排出可能とするために、水分透過可能なフィルタなどを介して開口させておく。

さらに、各開口部７ａ、８ａ、７ｂ、８ｂをそれぞれ開閉する弁１１、１２、１３及び１４が設けられ、さらに、パイプ７、８のそれぞれ根域加温用パイプ３と連通する分岐部分を開閉する弁１５、１６が設けられる。弁１１、１２、１３及び１４の設置位置は、パイプ７、８における根域加温用パイプ３と蓄熱用パイプ４との分岐位置７ｄ、８ｄよりそれぞれ開口部７ａ、８ａ側である。

温度センサが各所に設けられる。具体的には、開口部７ａ、８ａ、７ｂ、８ｂ付近及び根域加温用パイプ３が埋設された付近の地中に、それぞれ温度センサ２１、２２、２３、２４、２５が設置される。

制御部３０は、コンピュータ装置であり、以下に説明するように、温度センサ２１、２２、２３、２４、２５からの温度情報に基づいて、ファン９、１０及び弁１１、１２、１３、１４、１５、１６の動作を制御する。初期状態として、ファン９、１０は停止しており、弁１１、１２、１３、１４、１５、１６も閉状態とする。制御部３０は、ハウス内外のいずれに設置されてもよく、有線又は無線により温度センサ、ファン、弁と電気的に接続している。

（動作モード１）
動作モード１は、ハウス１内の空気（暖気）を根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４の両方に流すモードであり、図２は、第１の構成例における動作モード１の空気の流れを示す。

日中、ハウス１内は太陽光により温められ、ハウス１内の温度は上昇し、暖気はハウス１内の上部に集まる。制御部３０は、ハウス１内の上部の吸入口７ａの温度センサ２３の検知温度が加温に十分な所定温度以上となると（温度センサ２５の検知温度は所定上限温度以下）、制御部３０はファンと弁を次の状態にする。

ファン ９：回転
ファン１０：回転
弁１１：開
弁１２：開
弁１３：閉
弁１４：閉
弁１５：開
弁１６：開
これにより、吸入口７ａから暖気が根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４に通り、土壌との熱交換により、根域付近の土壌が加温されるともに、蓄熱用パイプ４付近の土壌に熱が蓄積される。熱交換された空気は、排出口８ａから排出される。

温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、熱交換量が少なくなり、最大蓄熱量に達したものと判断して、ファン９、１０の動作を停止する。

（動作モード２）
動作モード２は、ハウス１内の空気（暖気）を蓄熱用パイプ４にのみ流すモードであり、図３は、第１の構成例における動作モード２の空気の流れを示す。

動作モード１により、暖気を地中に導入することにより、根域付近の地中温度が上昇する。そして、温度センサ２５の検知温度が根域付近の所定上限温度を超えると、制御部３０は、動作モード１の弁開閉状態に対して、弁１５、１６を閉じ、ファン９の回転を停止する。すなわち、制御部３０は、ファンと弁を次の状態にする。

ファン ９：停止
ファン１０：回転
弁１１：開
弁１２：開
弁１３：閉
弁１４：閉
弁１５：閉
弁１６：閉
これにより、根域加温用パイプ３への空気流入が停止し、根域付近の加温が止められる。所定上限温度は、栽培している植物・作物によって適宜設定されるが、上限温度を超えると、植物の生育が妨げられることになる。ただし、暖気は、蓄熱用パイプ４には流れているので、蓄熱は継続して行われる。蓄熱用パイプ４付近の地中に蓄積される熱は根域付近の土壌（地中）を加温しない。

さらに、温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、熱交換量が少なくなり、最大蓄熱量に達したものと判断して、ファン１０の動作も停止する。

（動作モード３）
動作モード３は、蓄熱用パイプ４付近に蓄熱された地中の熱をハウス１内に放出するモードであり、図４は、第１の構成例における動作モード３の空気の流れを示す。

夜間、ハウス内の気温が低下した場合（ハウス内の気温が所定温度未満まで低下すると）、日中、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱をハウス内に放出させる。ハウス内の気温を検知する温度センサは、温度センサ２１、２２、２３、２４のどれでもよい。制御部３０は、温度センサ２１、２２、２３、２４の少なくとも一つの検知温度が所定温度未満となると、制御部３０は、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱をハウス内に放出させるために、ファンと弁を次の状態にする。好ましくは、保温用カーテンフィルム２により、ハウス１を上下に仕切ることで、暖気がハウス１内上部に上昇するのを抑え、ハウス１内の地上付近を効率的に加温することができる。空気の吸入口・排出口として、保温用カーテンフィルム２により低い位置の開口部７ｂ、８ｂが用いられる。

ファン ９：停止
ファン１０：回転
弁１１：閉
弁１２：閉
弁１３：開
弁１４：開
弁１５：開
弁１６：開
これにより、吸入口７ｂから吸入される冷気は、蓄熱用パイプ４を通過することで熱交換され、暖気として排出口８ｂから排出され、ハウス１内に放出される。

温度センサ２３の検知温度と温度センサ２４の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、蓄積された熱量が少なくなったものと判断して、ファン１０の動作を停止する。

（動作モード４）
動作モード４は、蓄熱用パイプ４付近に蓄熱された地中の熱で根域付近の土壌を加温するモードであり、図５は、第１の構成例における動作モード４の空気の流れを示す。

根域付近の土壌の温度が低下した場合（温度センサ２５の検知温度が所定温度未満まで低下すると）、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱により、根域付近の土壌を加温する。そのために、制御部３０は、ファンと弁を次の状態にする。

ファン ９：逆回転
ファン１０：回転
弁１１：閉
弁１２：閉
弁１３：閉
弁１４：閉
弁１５：開
弁１６：開
これにより、根域加温用パイプ３と蓄熱用パイプ４による閉ループが形成され、その閉ループ内で空気を循環させることで、蓄熱用パイプ４を通過して温められた空気を根域加温用パイプ３に送り込み、根域付近の土壌を加温することができる。

温度センサ２５の検知温度が根域付近の所定上限温度を超えると、制御部３０は、ファン９、１０の回転を停止する。これにより、根域付近の加温が止められる。

このように、本実施の形態例では、ハウス内の地中の根域付近とそれより深い位置にパイプを敷設し、ハウス内の暖気を両パイプに送り込める構成とする。動作モード１により、根域付近とそれより深い蓄熱層の両方に暖気が送られ、所定の上限温度に達したら、動作モード２に切り替え、蓄熱層のみに暖気を送り込む。根域付近の温度の過上昇を防ぎ、植物の生育適温を維持できるとともに、十分熱を蓄えることができる。そして、ハウス内の温度が所定の下限温度を下回った場合は、動作モード３により、蓄熱層に蓄えた熱をハウス内に放出し、根域付近の温度が低下した場合は、動作モード４により、蓄熱層に蓄えた熱により根域付近を加温する。このように、一日における気温変化に応じて、地中の根域付近及びハウス内の温度をきめ細かく適温に維持することができる。

＜第２の構成例＞
図６は、本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第２の構成例を示す図である。第２の構成例は、第１の構成例と比較して、弁１１、１２、１３、１４、１５、１６が設けられず、ファン９、１０で空気の流れを制御する。弁による通路の遮断を行わずとも、ファンによる強制的な吸入・排出により、実質的に空気の流れを制御することができる。第１の構成例よりも、装置が簡略化され、メンテナンスが容易となり、コスト削減に寄与する。

吸入側のパイプ７の開口部は開口部７ａのみとなる。さらに、排出側のパイプ８の開口部は８ａのみである。

第２の構成例では、開口部７ａ、８ａは、保温用カーテンフィルム２より下部に設けられるが、太陽光によりハウス１内全体が十分に温まっている場合は、開口部７ａから暖気を吸入可能である。もちろん、パイプ７、８をハウス１上部まで延ばし、開口部７ａ、８ａが保温用カーテンフィルム２より上部に設けられるようにしてもよい。

第２の構成例では、制御部３０は、上述した動作モード１、動作モード２及び動作モード３の制御を実行する。

（動作モード１）
図６は、第２の構成例における動作モード１の空気の流れを示す。具体的には、制御部３０は、ハウス１内の上部の吸入口７ａの温度センサ２１の検知温度が加温に十分な所定温度以上となると（温度センサ２５の検知温度は所定上限温度以下）、ファン９、１０を以下の状態にする。

ファン ９：回転
ファン１０：回転
このように、ファン９、１０の両方を回転させることで、吸入口７ａからハウス１内の空気（暖気）を吸入し、根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４の両方に送り込み、地中で熱交換させ、排出口８ａから排出する。

温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、熱交換量が少なくなり、最大蓄熱量に達したものと判断して、ファン９、１０の動作を停止する。

（動作モード２）
動作モード１の状態において、温度センサ２５の検知温度が所定上限温度を超えると、制御部３０は、ファン９の回転を停止させる。すなわち、制御部３０は、ファンを以下の状態にする。

ファン ９：停止
ファン１０：回転
これにより、ハウス１内の空気（暖気）を蓄熱用パイプ４のみに流す。図７は、第２の構成例における動作モード２の空気の流れを示す。

温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、制御部３０はファン１０の動作を停止する。

（動作モード３）
夜間、ハウス内の気温が低下した場合（ハウス内の気温が所定温度未満まで低下すると）、日中、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱をハウス内に放出させる。具体的には、制御部３０は、温度センサ２１、２２の少なくとも一つの検知温度が所定温度未満となると、制御部３０は、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱をハウス内に放出させるために、ファンと弁を次の状態にする。

ファン ９：停止
ファン１０：回転
これは、図７の動作モード２による空気の流れと同じであり、温度条件のみが異なる。動作モード３により、吸入口７ａから吸入される冷気は、蓄熱用パイプ４を通過することで熱交換され、暖気として排出口８ａから排出され、ハウス１内に放出される。好ましくは、保温用カーテンフィルム２により、ハウス１を上下に仕切ることで、暖気がハウス１内上部に上昇するのを抑え、ハウス１内の地上付近を効率的に加温することができる。

温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、蓄積された熱量が少なくなったものと判断して、ファン１０の動作を停止する。

＜第３の構成例＞
図８は、本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第３の構成例を示す図である。第３の構成例は、第１の構成例と比較して、ファン９、１０を共通化して一つのファン１０により、根域加温用パイプ３と蓄熱用パイプ４の両方に暖気を送り込める位置、すなわち、パイプ７の分岐点７ｄより上部のパイプ７にファン１０設け、さらに、排出側において、弁１２、１６を省略した構成である。パイプ７は、異なる高さの地上位置に２つの開口部７ａ、７ｂを備え、パイプ８も、異なる高さの地上位置に２つの開口部８ａ、８ｂを備える。

第３の構成例では、制御部３０は、上述した動作モード１、動作モード２及び動作モード３の制御を実行する。

（動作モード１）
制御部３０は、ファン１０を回転させることで、ハウス１内の空気（暖気）を根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４の両方に流す。図８は、第３の構成例における動作モード１の空気の流れを示す。具体的には、制御部３０は、ハウス１内の上部の吸入口７ａの温度センサ２３の検知温度が加温に十分な所定温度以上となると（温度センサ２５の検知温度は所定上限温度以下）、制御部３０はファンと弁を次の状態にする。暖気をより効率的に吸入するための空気の吸入口・排出口として、保温用カーテンフィルム２により高い位置の開口部７ａ、８ａが用いられる。

ファン１０：回転
弁１１：開
弁１２：開
弁１３：閉
弁１５：開
これにより、吸入口７ａから暖気が根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４に通り、土壌との熱交換により、根域付近の土壌が加温されるともに、蓄熱用パイプ４付近の土壌に熱が蓄積される。熱交換された空気は、排出口８ａから排出される。

また、制御部３０は、温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、ファン１０の動作を停止する。

（動作モード２）
動作モード１の状態において、温度センサ２５の検知温度が所定上限温度を超えると、制御部３０は弁１５を閉じる。すなわち、制御部３０はファンと弁を次の状態にする。

ファン１０：回転
弁１１：開
弁１２：開
弁１３：閉
弁１５：閉
これにより、ハウス１内の空気（暖気）を蓄熱用パイプ４のみに流す。図９は、第３の構成例における動作モード２の空気の流れを示す。

温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、制御部３０はファン１０の動作を停止する。

（動作モード３）
図１０は、第３の構成例における動作モード３の空気の流れを示す。制御部３０は、温度センサ２１、２２、２３、２４の少なくとも一つの検知温度が所定温度未満となると、制御部３０は、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱をハウス内に放出させるために、ファンと弁を次の状態にする。好ましくは、保温用カーテンフィルム２により、ハウス１を上下に仕切ることで、暖気がハウス１内上部に上昇するのを抑え、ハウス１内の地上付近を効率的に加温することができる。地上付近を効率的に温めるための空気の吸入口・排出口として、保温用カーテンフィルム２により低い位置の開口部７ｂ、８ｂが用いられる。

ファン１０：回転
弁１１：閉
弁１２：閉
弁１３：開
弁１５：閉
これにより、吸入口７ｂから吸入される冷気は、蓄熱用パイプ４を通過することで熱交換され、暖気として排出口８ｂから排出され、ハウス１内に放出される。

温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、蓄積された熱量が少なくなったものと判断して、ファン１０の動作を停止する。

上述した各構成例における温度管理制御は、好ましくは冬期における地中の根域付近の加温、ハウス内の地上部分の加温として利用されるが、夏期におけるハウス内の冷却及び土壌の冷却にも利用可能である。すなわち、ハウス内の暖気を地中で熱交換させ、冷気を排出することで、ハウス内の気温を低下させることができる。また、夜間などハウス内の温度が比較的低くなったとき、根域付近の土壌温度が適温より高いままの場合、ハウス内の空気を根域加温用パイプ３に流すことにより、根域付近の土壌温度を低下させることができる。ハウス外の冷気を導入する構成が付加されてもよい。

蓄熱用パイプ４は、一層に限らず、深さの異なる複数の層にわたって敷設されてもよい（垂直方向の並列敷設）。もちろん、同一層において、並列に敷設することもできる（水平方向の並列敷設）。根域加温用パイプ３も、ハウス内の作物作付け面下に並列に敷設可能である（水平方向の並列敷設）。

また、暗渠用パイプ（図示せず）が地中に敷設されている場合、蓄熱用パイプ４は、暗渠用パイプより下層に敷設されることが好ましい。暗渠用パイプの下層側は、土壌内の水分がその上層側より多いため、熱容量が大きく、暗渠用パイプの上層側と比較してより多くの熱を蓄えることができるからである。

＜第４の構成例＞
図１１は、本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第４の構成例を示す図である。第４の構成例は、上述の第１乃至第３の構成例と比較して、空気に代わって水などの液体を根域加温パイプ３及び蓄熱用パイプ４を通す構成であり、根域加温パイプ３及び蓄熱用パイプ４はそれぞれ閉ループを形成する。さらに、循環する液体はヒートポンプにより加熱される。液体は好ましくは水であり、ヒートポンプにより加熱された温水が各閉ループを循環する。以下、温水を例に説明する。ただし、根域加温パイプ３及び蓄熱用パイプ４を流れる流体として、空気などの気体の使用を排除するものではなく、根域加温パイプ３及び蓄熱用パイプ４には、気体及び液体を含む流体を流すことができる。

パイプ５は、根域加温用パイプ３の両端に接続して地上に延び、根域加温用パイプ３とともに閉ループを形成する。地上の温水タンク１７はパイプ５と接続し、根域加温用パイプ３の閉ループの一部を形成する。パイプ６は、蓄熱用パイプ４の両端に接続して地上に延び、蓄熱用パイプ４とともに閉ループを形成する。地上の温水タンク１８はパイプ６と接続し、蓄熱用パイプ４の閉ループの一部を形成する。また、ポンプ１９及びポンプ２０がそれぞれパイプ５及びパイプ６に設けられ、各閉ループ内の温水を循環させる。

パイプ５及びパイプ６は、それぞれ温水タンク１７及び１８の両側で接続管５ａ、５ｂによりそれぞれ連通しており、接続管５ａ、５ｂはそれぞれ弁４１、４２により開閉可能となっている。また、パイプ５には、接続管５ａの接続位置と温水タンク１７の一端側との間に弁４３、接続管５ｂの接続位置と温水タンク１７の他端側との間に弁４４が設けられ、パイプ６には、接続管５ａの接続位置と温水タンク１８の一端側との間に弁４４、接続管５ｂの接続位置と温水タンク１８の他端側との間に弁４６が設けられる。

ヒートポンプ装置５０は、ハウス１内の空気と熱交換を行う熱交換器５１Ａ、温水タンク１７と熱交換を行う熱交換器５１Ｂ、温水タンク１８と熱交換を行う熱交換器５１Ｃを有し、温水タンク１７内の水と熱交換器５１Ｂ間の熱の授受は循環路６１を流れる液体（例えば水）により行われ、温水タンク１８内の水と熱交換器５１Ｃ間の熱の授受は循環路６２を流れる冷媒（例えば水）により行われる。ヒートポンプ装置５０の動作については、後述するが、ヒートポンプの基本原理については公知であるので、その詳細な説明は省略する。ヒートポンプは、電気ヒータと比較して、同じ消費電力で３〜６倍の熱エネルギーを暖房に利用することができ、高効率且つ低ランニングコストの暖冷房装置として利用可能である。

温度センサが各所に設けられる。具体的には、ハウス１内のカーテンフィルム２より上の位置に温度センサ２６が設置され、カーテンフィルム２よりも下の位置に温度センサ２７が設置され、根域加温用パイプ３が埋設された付近の地中に温度センサ２５が設置される。さらに、温水タンク１７及び温水タンク８内の水温をそれぞれ検出する温度センサ２８、２９が設けられる。

制御部３０は、コンピュータ装置であり、以下に説明するように、温度センサ２５、２６、２７、２８、２９からの温度情報に基づいて、ポンプ１９、２０及び弁４１、４２、４３、４４、４５、４６、及びヒートポンプ装置５０の動作を制御する。初期状態として、ポンプ１９、２０は停止しており、弁４１、４２、４３、４４、４５、４６も閉状態とする。制御部３０は、ハウス内外のいずれに設置されてもよく、有線又は無線により温度センサ、ファン、弁と電気的に接続している。また、制御部３０は、ヒートポンプ装置５０に内蔵される制御装置であってもよい。

（動作モード１）
動作モード１は、根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４の両方に流れる温水を加熱し循環させるモードである。

図１２及び１３は、第４の構成例におけるヒートポンプ装置５０の動作を示す図であり、ヒートポンプ装置５０は、ハウス１内の空気と熱交換を行う熱交換器５１Ａ、根域加温用パイプ３を流れる温水と熱交換を行う５１Ｂ、蓄熱用パイプ４を流れる温水と熱交換を行う５１Ｃ、膨張弁５２、圧縮器５３、熱交換器５１Ｂの接続位置を切り替える弁５４、５５、５６及び５７を備える。

動作モード１では、ヒートポンプ装置５０の熱交換器５１Ａを蒸発器として動作させ、熱交換器５１Ｂ及び５１Ｃを凝縮器として動作させることで、ハウス１内の大気熱により、根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４内の温水を加熱する。図１２（ａ）は動作モード１におけるヒートポンプ装置５０の動作状態、すなわち、弁の開閉状態とヒートポンプサイクル内の冷媒の流れる方向を示す。

動作モード１では、熱交換器５１Ａによりハウス１内の大気熱が取り込まれ、ハウス１内の気温が低下するため、動作モード１は、ある程度の気温低下が許容される時間帯、例えば、ハウス１内の空気が太陽光により温められる日中時間帯に利用されることが想定される。制御部３０は、ハウス１内上部の温度センサ２６の検知温度が加温に十分な所定温度以上となると、制御部３０は、ヒートポンプ装置５０を図１２（ａ）の状態で動作させ、ポンプと弁を次の状態にする。また、手動による動作開始操作により、動作モード１が開始されてもよい。

ポンプ１９：回転（正回転）
ポンプ２０：回転（正回転）
弁４１：閉
弁４２：閉
弁４３：開
弁４４：開
弁４５：開
弁４６：開
ヒートポンプ装置５０の動作により、熱交換器５１Ａで取り込まれた熱は、熱交換器５１Ｂ及び５１Ｃで放出され、それぞれ循環路６１、６２を流れる液体を加熱し、さらに、温水タンク１７、１８内の水と熱交換を行い、温水タンク１７、１８内の温水が加熱される。熱交換器５１Ａから放出される冷風をハウス１内の上部に導くためのダクト（図示せず）が熱交換器５１Ａに設けられてもよい。

これにより、温水タンク１７、１８を流れる温水は、それぞれパイプ５及びパイプ６を通って根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４を流れ、土壌との熱交換により、根域付近の土壌が加温されるともに、蓄熱用パイプ４付近の土壌に熱が蓄積される。地中で熱交換された温水は、温水タンク１７、１８に戻り、再度加熱され、循環する。

なお、温水タンク１７の温度には上限が設けられることが好ましい。根域付近の地中温度が適温を超えると、根がやける状態となり、植物の生長が阻害されるおそれがある。根域付近を流れる根域加温用パイプ３を流れる温水の温度が比較的高いと、根域加温用パイプ３を流れる温水温度が過度に上昇し、根域加温用パイプ３に近い部分が局所的に適温を超え、根域加温用パイプ３から少し離れた根域部分の地中温度は適温にはほど遠いほど冷たい状態となり、根域全体を十分に加温できない状態が生じる。そのため、適温を超えない比較的低温（例えば４０℃程度）の温水を根域加温用パイプ３に流し、根域付近全体をまんべんなく加温できるようにする。そのためには、温水タンク１７内の水温（温度センサ２８の検知温度）又は根域加温用パイプ３付近の地中温度（温度センサ２５の検知温度）が所定の上限温度（温度センサによって上限温度は異なる）を超えると、熱交換器５１Ｂをヒートポンプサイクルから遮断するように、ヒートポンプ装置５０の弁５４−５７の開閉状態を制御する。具体的には、熱交換器５１Ｂをヒートポンプサイクルから遮断する後述する動作モード２におけるヒートポンプ装置５０の動作状態であって、図１２（ｂ）に示される。動作モード１で運転している間に、間欠的に動作モード２に切り替えることで、温水タンク１７の水温が設定温度を超えるのを防ぎ、根やけを防止する。

動作モード１の開始により、熱交換器５１Ａからは冷風が排出され、ハウス１内の気温が低下する。ハウス１内の気温（例えば温度センサ２７の検知温度）があらかじめ設定された下限地上温度まで低下した場合は、ヒートポンプ装置５０の動作を停止させるとともに、ポンプ１９、２０の回転を停止する。

（動作モード２）
動作モード２は、蓄熱用パイプ４のみに流れる温水を加熱し循環させるモードであり、図１２（ｂ）は、第４の構成例における動作モード２のヒートポンプ装置５０の動作状態を示す。

動作モード１により、根域加温用パイプ３に加熱された温水を循環させることにより、根域付近の地中温度が上昇する。上記動作モード１の項目で述べたように、根域付近の地中温度が適温を超えると、根がやける状態となり、植物の生長が阻害されるおそれがある。そこで、動作モード２では、温度センサ２５又は温度センサ２８の検知温度が所定上限温度（温度センサによって上限温度は異なる）を超えると、根域の温度上昇を抑えるために、熱交換器５１Ｂからの放熱を停止させ、温水タンク１７の水温の加熱を中断する。ポンプ１９の運転は継続し、根域加温用パイプ３内の温水循環は続行するが、上限温度を超えない比較的低温の温水が循環するため、根域は根やけが生じる温度にまで上昇しない。

図１２（ｂ）は動作モード２におけるヒートポンプ装置５０の動作状態、すなわち、弁５４−５７の開閉状態とヒートポンプサイクル内の冷媒の流れる方向を示す。図１２（ｂ）では、熱交換器５１Ａを蒸発器として動作させ、熱交換器５１Ｃを凝縮器として動作させ、熱交換器５１Ｂへの冷媒循環を遮断し、熱交換器５１Ａで取り込まれた熱は、熱交換器５１Ｃのみから放出される。

制御部３０は、根域付近の地中温度を測定する温度センサ２５の検知温度又は温水タンク１７の水温を測定する温度センサ２８が所定上限地中温度を超えると、ヒートポンプ装置５０を図１２（ｂ）の状態で動作させる。ポンプと弁は次の状態であり、動作モード１と同一動作である。また、手動による動作開始操作により、動作モード２に切り替えられてもよい。

ポンプ１９：回転
ポンプ２０：回転
弁４１：閉
弁４２：閉
弁４３：開
弁４４：開
弁４５：開
弁４６：開
ポンプと弁の状態は動作モード１と同様であり、ヒートポンプ装置５０における熱交換器５１Ｂのヒートポンプサイクルからの遮断の有無のみで、動作モード１と２は切り替えられる。所定上限温度は、栽培している植物・作物によって適宜設定される。

動作モード２による運転により、温水タンク１７の水温又は根域加温用パイプ３付近の地中温度が所定の下限温度を下回った場合は、動作モード１に戻る。

また、動作モード２での運転により、ハウス１内の気温が低下し、あらかじめ設定された下限地上温度まで低下した場合は、ヒートポンプ装置５０の動作を停止させるとともに、ポンプ１９、２０の回転を停止する。

なお、動作モード２では、熱交換器５０Ａより冷風が放出されることから、夏季などハウス１内の気温が植物・作物の成育に障害は起きる程度に過度に上昇した場合において、ハウス内の空気を冷却する冷房運転としても利用できる。

（動作モード３）
動作モード３は、蓄熱用パイプ４付近に蓄熱された地中の熱をハウス１内に放出するモードである。夜間、ハウス内の気温が低下した場合（ハウス内の気温が所定温度未満まで低下すると）、日中、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱をハウス内に放出させる。ハウス内の気温を検知する温度センサは、ハウス１上部に設置された温度センサ２６又はハウス１下部に設置された温度センサ２７のどちらでもよい。

図１２（ｃ）は、第４の構成例における動作モード３のヒートポンプ装置５０の動作状態を示す。図１２（ｃ）に示す弁５４−５７の開閉状態及び冷媒の循環方向により、熱交換器５１Ａを凝縮器として動作させ、熱交換器５１Ｃを蒸発器として動作させる。熱交換器５１Ｂへの冷媒循環を遮断する。これにより、熱交換器５１Ｃで取り込まれた熱は、熱交換器５１Ａから放出される。熱交換器５１Ｃは、循環路６２を流れる液体から熱を吸収し、ヒートポンプサイクルにより、熱交換器５１Ａから熱が放出される。熱交換器５１Ａは、ハウス１内の空気と熱交換を行うため、動作モード３では、熱交換器５１Ａより温風が放出される。熱交換器５１Ａからの温風は、ハウス１内の比較的低い地上付近に放出されることが好ましいため、例えば、動作モード１及び２の場合とは異なり、放出される温風をハウス１内の地上付近に導くためのダクト（図示せず）が熱交換器５１Ａに設けられてもよい。例えば、熱交換器５１Ａのダクトは、分岐を有し、ハウス１の上部と下部とそれぞれ延び、動作モードに応じて、弁により空気の流路が適宜切り替えられる構成であってもよい。

熱交換器５１Ｃで熱交換を行った循環路６２の液体は、温水タンク１８を流れる温水から吸熱する。このとき、温水タンク１８で吸熱されて温度低下した温水は、蓄熱用パイプ４を通ることで、蓄熱用パイプ４付近の土壌に蓄積された熱により再加熱され、温水タンク１８に戻り、循環路６２の液体との熱交換を続けられる。

空気を熱源としたヒートポンプ装置では、低温伝熱面に生じる着霜現象の予防が課題として挙げられる。これは冬期暖房時に、低温空気からの採熱となるため、大気の蒸発器側熱交換器の表面温度が０℃以下となり、着霜障害を生じるもので、特に低温多湿地域へのヒートポンプの適用の大きな課題となっている。

このように、冬季の夜間など外気温が低い時期においては、熱交換器（蒸発器側）への着霜により熱交換が十分にできず、除霜運転が必要となり、さらに、ヒートポンプの効率（ＣＯＰ）も低下する。動作モード３は、着霜のおそれのある外気温が低い時間帯での運転が想定されるが、蒸発器として動作する熱交換器５１Ｃは、蓄熱用パイプ付近の土壌に蓄熱された地中熱で加熱された温水と熱交換を行うため、着霜は起きず、ヒートポンプの効率低下も防止できる。

なお、上述の動作モード１及び２においては、蒸発器として動作する熱交換器５１Ａはハウス１内の空気と熱交換を行うが、通常、日中の比較的気温の高い時間帯で動作させることが想定され、また、ハウス１内の気温が下限温度を下回ると動作停止するので、熱交換器５１Ａへの着霜のおそれ、またヒートポンプの効率低下は生じない。

制御部３０は、ハウス１内の温度センサ２６又は２７の少なくとも一つの検知温度が所定の下限地上温度未満となると、ヒートポンプ装置５０を図１２（ｃ）の状態で動作させ、ポンプと弁を次の状態にする。また、手動による動作開始操作により、動作モード３が開始されてもよい。好ましくは、保温用カーテンフィルム２により、ハウス１を上下に仕切ることで、温風がハウス１内上部に上昇するのを抑え、ハウス１内の地上付近を効率的に加温することができる。

ファン１９：停止
ファン２０：回転
弁４１：閉
弁４２：閉
弁４３：開又は閉
弁４４：開又は閉
弁４５：開
弁４６：開
これにより、熱交換器５１Ａから温風が排出され、ハウス１内に放出される。ハウス１内の温度センサ２７の検知温度が所定の上限地上温度に達すると、ヒートポンプ装置５０の動作を停止させるとともに、ポンプ２０の回転を停止する。

（動作モード４）
動作モード４は、蓄熱用パイプ４付近に蓄熱された地中の熱で根域付近の土壌を加温するモードである。動作モード１により、２４時間、根域加温用パイプ３に温水を循環させ、根域を加温することも考えられるが、冬季の夜間など気温が氷点下にまで低下する時期において、熱交換器５１Ａを蒸発器として動作させると、熱交換器５１Ａからは冷風が放出されるため、ハウス１内の気温がさらに低下し、また、熱交換器５１Ａは着霜により十分熱交換できなくなるおそれがある。

そのため、この動作モード４では、動作モード１により根域を加温できない場合に、蓄熱用パイプ４と根域加温用パイプ３との間で温水を循環させ、蓄熱用パイプ４付近に蓄熱された地中熱を利用して根域を加温する。従って、動作モード４では、ヒートポンプ装置５０は動作させない。

温度センサ２５により検出される根域付近の土壌の温度が所定の下限地中温度より低い場合、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱により、根域付近の土壌を加温する。そのために、制御部３０は、ファンと弁を次の状態にする。

ポンプ１９：逆回転
ポンプ２０：回転
弁４１：開
弁４２：開
弁４３：閉
弁４４：閉
弁４５：閉
弁４６：閉
これにより、弁４１、４２が開放され、接続管５ａ、５ｂを介して根域加温用パイプ３と蓄熱用パイプ４による閉ループが形成され、その閉ループ内で空気を循環させることで、蓄熱用パイプ４を通過して温められた空気を根域加温用パイプ３に送り込み、根域付近の土壌を加温することができる。

温度センサ２５の検知温度が根域付近の所定上限地中温度を超えると、制御部３０は、ポンプ１９、２０の回転を停止する。これにより、根域付近の加温が止められる。なお、ポンプ１９を正回転方向に運転させ、ポンプ２０を逆回転方向に運転させてもよい。

（動作モード５）
動作モード５は、動作モード４と同様に、蓄熱用パイプ４付近に蓄熱された地中の熱で根域付近の土壌を加温するモードである。動作モード４との相違点は、ヒートポンプ装置の熱交換器５０Ｃを蒸発器、熱交換器５０Ｂを凝縮器としてヒートポンプ装置５０を動作させ、蓄熱層に蓄えられた熱で根域付近を加温する。熱交換器５０Ｃは、蓄熱層を循環する温水と熱交換するため、蒸発器として動作させても、着霜のおそれはなく、ヒートポンプサイクルを利用して蓄熱層に熱の移動が可能となる。

動作モード５では、ヒートポンプ装置５０の熱交換器５１Ｃを蒸発器として動作させ、熱交換器５１Ｂを凝縮器として動作させることで、蓄熱用パイプ４を循環する液体から根域加温用パイプ３を循環する液体に熱が移転し、蓄熱層に蓄えられた熱により、根域加温用パイプ３内の温水を加熱し、蓄熱層に蓄えられた熱が根域付近の土壌に放出される。図１３（ａ）は動作モード５におけるヒートポンプ装置５０の動作状態、すなわち、弁５４−５７の開閉状態とヒートポンプサイクル内の冷媒の流れる方向を示す。

温度センサ２５により検出される根域付近の土壌の温度が所定の下限地中温度より低い場合、制御部３０は、ポンプと弁を次の状態にし、さらに、ヒートポンプ装置５０を図１３（ａ）の状態にて動作させる。

ポンプ１９：回転
ポンプ２０：回転
弁４１：閉
弁４２：閉
弁４３：開
弁４４：開
弁４５：開
弁４６：開
ポンプ、弁の状態は、動作モード１及び２と同じである。温度センサ２５の検知温度が根域付近の所定上限地中温度を超えると、制御部３０は、ヒートポンプ装置５０の動作を停止し、ポンプ１９、２０の回転を停止する。これにより、根域付近の加温が止められる。

（動作モード６）
動作モード６は、蓄熱用パイプ４付近に蓄熱された地中の熱を根域付近の土壌に放出するともに、地上のハウス１内にも放出するモードであり、動作モード３と動作モード５の組み合わせである。動作モード６では、ヒートポンプ装置５０の熱交換器５１Ｃを蒸発器として動作させ、熱交換器５１Ｂ及び熱交換器５１Ａを凝縮器として動作させることで、蓄熱層に蓄えられた熱により、根域加温用パイプ３内の温水を加熱し、さらに、ハウス１内に熱を放出する。図１３（ｂ）は動作モード６におけるヒートポンプ装置５０の動作状態、すなわち、弁５４−５７の開閉状態とヒートポンプサイクル内の冷媒の流れる方向を示す。

動作モード６では、温度センサ２６又は２７により検出されるハウス１内の気温が所定の下限地中温度より低く、且つ温度センサ２５により検出される根域付近の土壌の温度が所定の下限地上温度より低い場合、制御部３０は、ポンプと弁を次の状態にし、さらに、ヒートポンプ装置５０を図１３（ｂ）の状態にて動作させる。

ポンプ１９：回転
ポンプ２０：回転
弁４１：閉
弁４２：閉
弁４３：開
弁４４：開
弁４５：開
弁４６：開
ポンプ、弁の状態は、動作モード１及び２と同じである。温度センサ２５の検知温度が根域付近の所定上限地中温度を超えるか、ハウス１内の温度センサ２７又は２７の検知温度が所定上限地上温度を超えるかのいずれかで、制御部３０は、動作モード６から、所定上限温度を超えていない方の動作モード３又は５に切り替える。

（動作モード７）
動作モード７は、根域付近の熱を蓄熱層に放出するモードであり、根域付近の地中を冷却するために利用するモードである。上述の動作モード１から動作モード２への切替のように、根やけ防止のため、根域付近地中温度が適温を超えないようにする必要があるが、夏季などの高温時期では、動作モード１により加熱せずとも、根域付近が所定の上限温度を超える場合があり得る。根域付近の熱をハウス１内の大気に放出すると、大気内の気温が過度に上昇するおそれがあるため、動作モード７では、根域付近の熱をハウス１内の大気ではなく、根域付近に熱的影響を与えないより深層の蓄熱層に熱を放出する。

すなわち、動作モード７は、上述の動作モード５の逆運転であり、ヒートポンプ装置の熱交換器５０Ｃを凝縮器、熱交換器５０Ｂを蒸発器としてヒートポンプ装置５０を動作させる。これにより、根域加温用パイプ３を循環する液体から蓄熱用パイプ４を循環する液体に熱が移転し、根域付近の土壌の熱が蓄熱層に放出され、根域付近を冷却することができる。

図１３（ｃ）は動作モード７におけるヒートポンプ装置５０の動作状態、すなわち、弁５４−５７の開閉状態とヒートポンプサイクル内の冷媒の流れる方向を示す。図１３（ｃ）では、熱交換器５１Ｂを蒸発器として動作させ、熱交換器５１Ｃを凝縮器として動作させ、熱交換器５１Ａへの冷媒循環を遮断し、熱交換器５１Ｂで取り込まれた熱は、熱交換器５１Ｃから放出される。

制御部３０は、根域付近の地中温度を測定する温度センサ２５の検知温度又は温水タンク１７の水温を測定する温度センサ２８が冷却を要する上限地中温度を超えると、ヒートポンプ装置５０を図１３（ｃ）の状態で動作させる。

温度センサ２５により検出される根域付近の土壌の温度が所定の下限地中温度より低い場合、制御部３０は、ポンプと弁を次の状態にし、さらに、ヒートポンプ装置５０を図１３（ｃ）の状態にて動作させる。

ポンプ１９：回転
ポンプ２０：回転
弁４１：閉
弁４２：閉
弁４３：開
弁４４：開
弁４５：開
弁４６：開
ポンプ、弁の状態は、動作モード１及び２と同じである。温度センサ２５の検知温度が冷却を不要とする所定の下限地中温度を下回ると、制御部３０は、ヒートポンプ装置５０の動作を停止し、ポンプ１９、２０の回転を停止する。これにより、根域付近の冷却が止められる。

＜第５の構成例＞
図１４は、本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第５の構成例を示す図である。第５の構成例は、第４の構成例と比較して、温水タンク１７が、パイプ５及びパイプ６と共用になっており、パイプ５には、温水タンク１７を流れないバイパス路５ｃが接続する。温水タンク１７を流れる流量とバイパス路５ｃを流れる流量は比例弁４７により調整可能であり、混合割合に応じて、根域加温用パイプ３を流れる温水の温度が制御される。例えば、温度センサ２５の検知温度に基づいて、根域加温用パイプ３を流れる温水の温度が上限温度以下（第４の構成例における温水タンク１７の上限温度以下）になるように比例弁４７における混合割合をフィードバック制御する。

また、温水タンクを一つとすることで、ヒートポンプ装置５０は、第４の構成例のように、熱交換器を３つ用意する必要なく、２つの熱交換器５１Ａ、５１Ｂを用いることで、上述の各動作モード１、３−４での運転が可能となる。第５の構成例では、熱交換器が２つなので、動作モード２、５−７は存在しない。動作モード１、３−４におけるポンプ、弁の状態は、第４の構成例と同一である。

図１５は、ヒートポンプ装置５０の第５の構成例におけるヒートポンプ装置５０の動作を示す図である。図１５（ａ）は動作モード１に対応し、熱交換器５１Ａが蒸発器、熱交換器５１Ｂが凝縮器として動作する。また、図１５（ｂ）は、動作モード３に対応し、熱交換器５１Ａが凝縮器、熱交換器５１Ｂが蒸発器として動作する。

なお、動作モード１において、温水タンク１７内の水温が過度に上昇すると、比例弁４７による混合制御では、根域加温用パイプ３を流れる温水の温度を上限温度以下に抑えられない可能性がある。その場合は、ヒートポンプ装置５０を一旦停止させ、温水タンク１７の水温上昇を抑える。これにより、根域の温度上昇を防ぐことができるが、蓄熱層への蓄熱量も抑えられることになる。この点においては、第４の構成例は、根域加温用と蓄熱層用に別々の温水タンク１７、１８が設けられているため、第４の構成例における蓄熱層用の温水タンク１８は根域の温度に制限を受けず、動作モード２により加熱が可能となり、第５の構成例よりも多くの熱量を蓄熱層に蓄えることができる。

このように、本実施の形態例では、ハウス内の地中の根域付近とそれより深い位置にパイプを敷設し、ヒートポンプ装置により、ハウス内の熱を両パイプに送り込める構成とする。動作モード１により、根域付近とそれより深い蓄熱層の両方に熱が供給され、所定の上限温度に達した場合、動作モード２に切り替え、蓄熱層のみに熱を蓄熱する。根域付近の温度の過上昇を防ぎ、植物の生育適温を維持できるとともに、十分熱を蓄えることができる。そして、ハウス内の温度が所定の下限温度を下回った場合は、動作モード３により、ヒートポンプ装置５０を動作モード１又は２のサイクルと逆サイクル運転させ、蓄熱層に蓄えた熱を利用して、ハウス内に空気を加温する。さらに、根域付近の温度が低下した場合は、動作モード４により、蓄熱層に蓄えた熱により根域付近を加温する。このように、季節や一日における気温変化に応じて、地中の根域付近及びハウス内の温度をきめ細かく適温に維持することができる。

＜第６の構成例＞
図１６は、本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第６の構成例を示す図である。第６の構成例は、第４の構成例と比較して、根域加温用パイプ３が地上に配設される構成である。根域加温用パイプ３は、高設栽培装置の培地に配設される。根域加温用パイプ３は、例えば、高設栽培装置で栽培される植物の培地内の根域付近に配置され、または、栽培形態に応じて、培地表面に敷設されてもよい。これにより、地中の根域ではなく、地上の高設栽培装置で栽培される植物の根域の温度調節にも適用可能となる。温度センサ２５は、地上の培地の根域付近の温度を測定する。

高設栽培装置は、栽培架台をベースとして、地上から適当な高さの栽培架台上に栽培ベッドを配置し、栽培ベッド上の培地を使って、いちごや野菜、花などの植物を栽培するための装置である。高設栽培装置については、例えば、特開平１１−２７９９２４号公報などに開示されている。日常の手入れや収穫時の作業などを立ったまま行うことができ、作業者の負担を軽減することができる。培地は、培養土、ロックウール、やしがら、籾殻、籾殻燻炭、木材チップなどさまざまなものを用いることができる。また、散水用パイプや排水溝など栽培に必要な諸設備を整えている。

第６の構成例の地中温度管理装置は、第４の構成例における動作モードと同じ動作が可能であり、すなわち上述の動作モード１−７での運転が可能である。なお、上述の動作モード７では、根域加温用パイプ３は、根域付近を冷却するように動作するため、その名称にかかわらず、根域温度調整用パイプとして機能する。高設栽培においては、地植え栽培と比較して、培地が日射熱や外気温の影響を受けやすく、特に、高温期（夏期）においては、培地の温度が外気温以上に上昇し、植物の根の生育環境の悪化を招く場合があり、根域を冷却する（しかも、熱をハウス内に排出せず、地中に蓄積させる）ための動作モード７は効果的である。

＜第７の構成例＞
図１７は、本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第７の構成例を示す図である。第７の構成例は、第６の構成例と同様に、根域加温用パイプ３が地上に配設される構成であり、上述の第５の構成例において、根域加温用パイプ３が地上に配設される構成である。温度センサ２５は、第６の構成例と同様に、地上の培地内の根域付近の温度を測定する。第７の構成例も、例えば、高設栽培装置の培地内に、根域加温用パイプを配設する場合に適用され、上述の第５の構成例で動作可能な動作モード、すなわち、動作モード１、３−４での動作が可能である。

また、上述の各構成例において、蓄熱用パイプ４は、一層に限らず、深さの異なる複数の層にわたって複数本を敷設されてもよいし、同一層において、複数本敷設することもできる。根域加温用パイプ３も、ハウス内の植物の栽培列数に応じて並列に複数本敷設可能である。

１：農業用ハウス、２：保温用カーテンフィルム、３：根域加温用パイプ、４：蓄熱用パイプ、５：閉ループ形成用パイプ、６：閉ループ形成パイプ、７：吸入用パイプ、７ａ：開口部、７ｂ：開口部、７ｃ：結露だまり、７ｄ：分岐位置８：排出用パイプ、８ａ：開口部、８ｂ：開口部、８ｃ：結露だまり、８ｄ：分岐位置、９：ファン、１０：ファン、１１：弁、１２：弁、１３：弁、１４：弁、１５：弁、１６：弁、１７：温水タンク、１８：温水タンク、１９：ポンプ、２０：ポンプ、２１：温度センサ、２２：温度センサ、２３：温度センサ、２４：温度センサ、２５：温度センサ、２６：温度センサ、２７：温度センサ、２８：温度センサ、２９：温度センサ、３０：制御部、４１：弁、４２：弁、４３：弁、４４：弁、４５：弁、４６：弁、４７：弁、５０：ヒートポンプ装置、５１Ａ：熱交換器、５１Ｂ：熱交換器、５１Ｃ：熱交換器、５２：膨張弁、５３：圧縮器、５４：弁、５５：弁、５６：弁、５７：弁、循環路６１、循環路６２

Claims (7)

1. 地中で水平方向に延びる根域加温用パイプと、
   前記根域加温用パイプより深い地中で水平方向に延びる蓄熱用パイプと、
   地上の第一の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し前記根域加温用パイプと前記蓄熱用パイプそれぞれの吸入側端部と連通する第一のパイプと、
   地上の第二の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し前記根域加温用パイプと前記蓄熱用パイプそれぞれの排出側と連通する第二のパイプと、
   前記第一のパイプの前記第一の開口部から空気を前記根域加温用パイプに送り、前記第二のパイプの前記第二の開口部から排出させる第一のファンと、
   前記第一のパイプの前記第一の開口部から空気を前記蓄熱用パイプに送り、前記第二のパイプの前記第二の開口部から排出させる第二のファンと、
   地上の温度を検出する第一の温度センサと、
   前記根域加温用パイプ付近の地中温度を検出する第二の温度センサと、
   前記第一の温度センサ及び前記第二の温度センサの検出温度に基づいて、前記第一のファン及び前記第二のファンの回転制御を行う制御部とを備え、
   前記制御部は、前記第一の温度センサが所定温度以上を検出すると、前記第一のファン及び前記第二のファンを回転させ、空気を前記根域加温用パイプ及び前記蓄熱用パイプに送り込み、
   前記制御部は、空気が前記根域加温用パイプ及び前記蓄熱用パイプに送り込まれているとき、前記第二の温度センサが所定の上限地中温度以上を検出すると、前記第一のファンの回転を停止し、前記第二のファンの回転を維持して、前記蓄熱用パイプにのみ空気を送り込むことを特徴とする地中蓄熱式暖冷房装置。
2. 請求項１において、
   前記制御部は、前記第一の温度センサが所定の下限地上温度未満を検出すると、前記第二のファンを回転させ、空気を前記蓄熱用パイプに送り込むことを特徴とする地中蓄熱式暖冷房装置。
3. 地中で水平方向に延びる根域加温用パイプと、
   前記根域加温用パイプより深い地中で水平方向に延びる蓄熱用パイプと、
   地上の第一の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し前記根域加温用パイプと前記蓄熱用パイプそれぞれの吸入側端部と連通する第一のパイプと、
   地上の第二の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し前記根域加温用パイプと前記蓄熱用パイプそれぞれの排出側と連通する第二のパイプと、
   前記第一のパイプの前記第一の開口部を開閉するための第一の切替弁と、
   前記第二のパイプの前記第二の開口部を開閉するための第二の切替弁と、
   前記第一のパイプの前記第一の開口部から空気を前記根域加温用パイプに送り、前記第二のパイプの前記第二の開口部から排出させる第一のファンと、
   前記第一のパイプの前記第一の開口部から空気を前記蓄熱用パイプに送り、前記第二のパイプの前記第二の開口部から排出させる第二のファンと、
   地上の温度を検出する第一の温度センサと、
   前記根域加温用パイプ付近の地中温度を検出する第二の温度センサと、
   前記第一の温度センサ及び前記第二の温度センサの検出温度に基づいて、前記第一のファン及び前記第二のファンの回転制御を行う制御部とを備え、
   前記制御部は、前記第二の温度センサが所定の下限地中温度未満を検出すると、前記第一の切替弁及び前記第二の切替弁を閉状態にし、前記第一のファンと前記第二のファンを互いに回転方向が逆になるように回転させ、前記根域加温用パイプと前記蓄熱用パイプ間で空気を循環させることを特徴とする地中蓄熱式暖冷房装置。
4. 請求項３において、
   前記第一のパイプは、前記第一の開口部より低い位置の第三の開口部をさらに備え、
   前記第二のパイプは、前記第二の開口部より低い位置の第四の開口部をさらに備え、
   前記第三の開口部を開閉するための第三の切替弁と、前記第四の開口部を開閉するための第四の切替弁と、前記第一の温度センサより低い位置の地上温度を検出する第三の温度センサとが設けられ、
   前記第一のファンは、前記第三の開口部から空気を前記根域加温用パイプに送り、前記第四の開口部から排出させ、
   前記第二のファンは、前記第三の開口部から空気を前記蓄熱用パイプに送り、前記第四の開口部から排出させ、
   前記制御部は、前記第三の温度センサの検出温度に基づいて、前記第三の切替弁及び前記第四の切替弁の開閉切替制御を行うことを特徴とする地中蓄熱式暖冷房装置。
5. 請求項４において、
   前記制御部は、前記第三の温度センサが所定温度未満を検出すると、前記第一の切替弁及び前記第二の切替弁を閉状態にし、前記第三の切替弁及び前記第四の切替弁を開状態にし、前記第二のファンを回転させ、空気を前記蓄熱用パイプに送り込むことを特徴とする地中蓄熱式暖冷房装置。
6. 地中で水平方向に延びる根域加温用パイプと、
   前記根域加温用パイプより深い地中で水平方向に延びる蓄熱用パイプと、
   地上の第一の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し前記根域加温用パイプと前記蓄熱用パイプそれぞれの吸入側端部と連通する第一のパイプと、
   地上の第二の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し前記根域加温用パイプと前記蓄熱用パイプそれぞれの排出側と連通する第二のパイプと、
   前記第一のパイプの前記第一の開口部から空気を前記根域加温用パイプ及び前記蓄熱用パイプに送り、前記第二のパイプの前記第二の開口部から排出させるファンと、
   前記根域加温用パイプと前記第一のパイプとを開閉するための第一の切替弁と、
   地上の温度を検出する第一の温度センサと、
   前記根域加温用パイプ付近の地中温度を検出する第二の温度センサと、
   前記第一の温度センサ又は前記第二の温度センサの検出温度に基づいて、前記第一の切替弁の開閉切替制御を行う制御部とを備え、
   前記制御部は、前記第一の温度センサが所定温度以上を検出すると、前記第一の切替弁を開状態にし、前記ファンを回転させ、空気を第一のパイプ、前記蓄熱用パイプ及び前記根域加温用パイプに送り込み、前記制御部は、空気が前記第一のパイプ及び前記蓄熱用パイプに送り込まれているとき、前記第二の温度センサが所定の上限地中温度以上を検出すると、前記第一の切替弁を閉状態にし、前記蓄熱用パイプにのみ空気を送り込むことを特徴とする地中蓄熱式暖冷房装置。
7. 請求項６において、
   前記制御部は、前記第一の温度センサが所定の下限地上温度未満を検出すると、前記第一の切替弁を閉状態にし、前記ファンを回転させ、空気を前記蓄熱用パイプに送り込むことを特徴とする地中蓄熱式暖冷房装置。

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