2018 Fiscal Year Research-status Report

Development of an user-oriented greenhouse design platform to promote energy-saving agricultural production

Research Project

Project/Area Number	18K14555
Research Institution	National Agriculture and Food Research Organization
Principal Investigator	土屋遼太国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農村工学研究部門, 研究員 (30782205)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	施設園芸 / 省エネルギー / 数値モデル / 設計 / 熱収支 / 温湿度環境
Outline of Annual Research Achievements	本研究では，施設園芸分野での適切な省エネルギー技術の導入を促進するため，施設園芸のエネルギー消費・環境シミュレーションを行うことのできるユーザー指向型シミュレーションツールの開発を行う。これまでにも、国内外で温室・ハウスなどの園芸施設の熱収支モデルは開発されてきたが，これらは個々の研究者の利用に留まっており，一般ユーザーの利便性やツールの継続的な開発の面で，汎用性が低いものであった。そこで、本研究では米国で開発された建築物エネルギーシミュレーションツールであるEnergyPlusをベースに，園芸施設の特徴を再現可能なツールを構築し，実際の園芸施設のエネルギーと栽培環境を再現する。平成30年度においては，現行のEnergyPlusを用いて最もシンプルな形態である閉鎖状態のパイプハウスの環境予測を行った。その結果，室温については夜間過大評価となること，また，湿度についてはデフォルトの計算条件では床面からの水分蒸発が計算されず全く変動が再現されないことが明らかになった。これは一般建築では土壌がむき出しになることが想定されていないことが原因であり，湿度は植物の生育に大きく関わるため，園芸施設のシミュレーションでは反映しなければならない。そこで，解決策としてCombined Heat and Moisture Transfer法という計算方法を導入した。本手法は，吸湿性のある壁材の室内環境への影響を評価するためのものであり，壁材中，あるいは床材中の水分移動を再現可能となるため，これにより施設内の湿度の変動をシミュレーションすることが可能となった。ただし，本手法の利用には詳細なパラメータの設定が必要であるため，本研究ではクラウドコンピューティングを用いることで，広範なパラメータの組み合わせの中から最適なパラメータを見つけ出し，閉鎖パイプハウスの環境予測の再現性を向上させた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 最もシンプルな園芸施設である閉鎖状態の単棟パイプハウスの環境を計測し，EnergyPlusの再現性評価に利用した。その結果，計算の基礎となる熱収支および水収支計算において標準とされている計算方法では対応できないことが明らかになった。また，室温についても夜間過大予測となる傾向が明らかになり，今後，モデル構造の再検討を行い再現性を向上させる。また，全国19施設に導入した園芸施設エネルギー・環境モニタリングシステムを用いて，多地点・多品目の施設における施設内環境とエネルギー消費の計測データの蓄積を行った。一方，平成30年度は閉鎖パイプハウスでの検証のみを行った状況であり，モデルの基礎的な性能の確認のため，換気条件下での再現性やモデルの挙動についても検証する必要がある。
Strategy for Future Research Activity	令和元年度においては，単棟パイプハウスのシミュレーションに使用したモデルを使用し，換気条件下での施設内環境の再現性を検討する。また，このモデルを拡張し，内張りカーテンや冷暖房制御についてもシミュレーションを実施する。これらの環境制御装置のシミュレーションでは，EnergyPlusの中に予め用意されているモジュールの組み合わせを検討し，パラメータはカタログ値などを使用する。また，平成30年度および当該年度のモデル検証で得られた結果から，園芸施設モデルを設計し，実際にコーディングを行う。園芸施設モデルにおいて特に必要となる項目としては，透過性の高い壁材の熱収支計算，地表面からの蒸発計算，側窓および天窓を利用した大開口での自然換気計算，作物体の熱収支計算を想定しており，それぞれについて既存計算モデルをもとにサブモデルを開発し，EnergyPlusへの追加要素として組み込む。
Causes of Carryover	今年度は計画に基づき適切な執行を行ったが，丁度使い切ることはできず差額として5358円の次年度使用額が生じた。今年度については，モデルの開発に使用するため，PCやソフトウェアの購入を行うとともに，昨年度試験で供用したパイプハウス内で植栽条件での環境計測を行うためのセンサー類等の購入のため，物品費を120万円計上する。9月に実施される北海道での学会参加のための旅費として5万円を計上する。また，論文投稿や学会発表のため，15万円を計上する。