温室内へ透過した日射の量とその分布は温室設計や温室栽培で考慮しなければならない重要な因子である。今までに、温室内の日射環境特性に関する研究は数多くあるが、ほとんどの研究は両屋根式温室についてのもので、中国式の片屋根温室(以後、単に片屋根温室と呼ぶ)内における日射環境の解析は少ない。片屋根温室は中国で園芸作物、特に野菜の栽培に広く応用されている温室の形態であり、近年、中国の中、北部地方に数多く建てられている。この型の温室は全て東西単棟温室であり、Fig.1に示したように、北側の裏壁、裏屋根および東西両妻は不透明の煉瓦、土、木材などで、南側の採光屋根は透明なビニルフィルムである。夜間にはこの透明被覆材の上に厚さ2-3cmのすだれなどをかける。したがって、この種類の温室は保温性が比較的よく、建築費も安く、冬季に晴天日の多い大陸性気候地域では、無暖房でも、トマト、キュウリなどの果菜類を栽培できる。

　片屋根温室の構造上の特性は室内の微気候の特性と深く関係していると思われるが、この点に関する研究例はほとんどない。より一層効率的にこの種類の温室を利用し、生産性を向上させるためには、その日射透過特性の究明が一つの課題である。本研究は、代表的な構造の片屋根温室を対象とし、模型実験と数値計算との2つの側面から、その(1)基本的日射透過特性、(2)室内日射透過改善法による効果および(3)室内に到達した日射量を有効的に利用するために植物群落の畝方位と直達光受光率との関係を明らかにすることを目的とした。

　模型実験では、実際の温室寸法の1/30の比率で模型温室(Fig.1,長さ160cm)を作った。模型温室の中央部に光センサーとしての太陽電池(ほくさん,型番SS1-45B,約幅11mm×長さ17.5mm)をそれぞれ床面に16個、裏壁に5個、裏屋根に4個取り付けた。実験は1992年12月から1993年6月まで周りの障害物の少ない東京大学農学部4号館(35°41’N)の屋上でそれぞれ晴天日(約45日間おきに1回)と曇天日に観測を行った。

　数値計算では、構造パラメーターが模型実験に用いたそれと同じ(ただし、無限に長いとした)片屋根温室内の直達射、天空日射およびそれら各々の反射日射の床面における分布などを解析した。数値計算の対象地域は中国で片屋根温室を利用されている主な地区である35°N〜45°Nとした。

　片屋根温室内への日射透過改善については、次の2つの方法を考えた。(1)裏壁と裏屋根を透明にする。(2)室内に反射幕を設置する。そして、反射幕による効果の大きさを比較するために、反射幕はそれぞれ室内裏壁と裏屋根の内側に配置する場合と室内の棟真下に垂直に配置する場合での室内の反射日射量を定量的に解析した。反射幕にはアルミ蒸着フィルム(反射率:0.77)を用いた。また、反射率がアルミ蒸着フィルムより小さいが、広く普及している塩化ビニルフィルムを反射幕として用いた場合も調べた。

　模型実験と数値計算の結果をまとめて言えば、次のことがわかった。(1)冬季だけではなく、春季にも室内栽培面(Fig.1にRとSの間の床面部分)の直達日射日透過率の均一性が高い。ところが、夏場には、主に不透明な裏壁と裏屋根の影響で室内床面に裏壁の近くの点の直達日射日透過率が大きく低下するのが特徴的である。また、冬から夏にかけて、栽培面直達日射日透過率がだんだん低くなった(Fig.2)。(2)天空日射の室内床面における分布は不均一性が著しい。すなわち、室内床面北の端から南の端に向けて天空日射透過率が大きくなる傾向があるが、最高値は南の端から床面幅の約1/4の所にあり、最低値との差は2倍以上もあった(Fig.3)。(3)片屋根温室の裏壁と裏屋根を透明にすると、栽培面直達日射日透過率は、冬至から春分まで通常状態の片屋根温室のそれと等しい。すなわち、裏壁と裏屋根による栽培面直達日射日透過率への影響は太陽高度の大きい春分〜夏至期間だけに限っている。また、裏壁と裏屋根を透明にした場合に天空日射透過率の分布は床面の北側と南側の近くの点のほか、ほぼ均一であり、また、通常状態の片屋根温室のそれより栽培面天空日射透過率が11-12%向上した。(4)反射幕をそれぞれ(1)裏壁と裏屋根の内側(2)垂直に棟真下に配置することによって直達日射条件下でも天空日射条件下でも反射による効果がみられ、そして、(2)の場合には室内栽培面に到達した反射日射の量が(1)のそれより大きいことがわかった(Table1)。アルミ蒸着フィルム反射幕を棟の真下に垂直に立てた場合に、直達日射条件下では、冬季に栽培面日透過率が大幅に向上した効果がみられたが、春、夏季に効果がだんだん小さくなった。天空日射条件下では栽培面天空日射透過率の向上は約5-6%にとどまった。

Fig.1.A schematic diagram of cross-section of the model lean-to greenhouse(1:30).N,R,S indicate the north edge,the ridge position and the south edge of the greenhouse,respectively.Shaded rectangles indicate solar cells. (unit:cm).

Fig.2.Comparisons of daily cultivation area transmissivity under different greenhouse structures on fine days(measured).NG:Normal greenhouse with opaque north wall and roof. TG:Greenhouse with transparent north wall and roof. RG:Greenhouse with vertical reflector from the ridee down to the eround.

図表Fig.3.Influences of the greenhouse structures on the diffuse radiation transmissivity on the floor of the greenhouse. ^*For symbols see Fig2. / Table 1.Comparisons of average reflective radiationa reached on the cultivation area under different greenhouse structures.

　本実験は模型植物群落を模型温室に入れて、畝方位(東西と南北)と群落の直達日射受光率との関係を究明することを目的とした。

　この実験に用いた模型温室(横断面の構造パラメーターは第2章に述べたそれと同じ)および模型植物のサイズは実際寸法の1/15の比率で作製した。

　模型植物の幾何学構造は畝栽培キュウリの幾何学構造パラメーターを参考した上で次のように作った。(1)葉の形:丸、直径は1.50cm。(2)株の高さ:6.0cm、一株に葉が12枚ある。(3)単株の外観寸法:葉柄0.5cm+葉面直径1.5cm＝2.0cm。(4)葉群の方位分布:隣の2枚葉の方位角差は90°である。(5)葉面は水平状態としたが、参考として、それぞれと+30°と-45°の場合での受光量も計った。

　植物群落の幾何学構造は次のようである。(1)栽植密度:畝間隔5.50cmx株間隔3.33cm、一条植。(2)葉面積指数(LAI):1.16。(3)植物群落のサイズ:東西畝:長さ77cmx幅26cm、総株数:110。南北畝:長さ77cmx幅23.8cm、総株数:98。

　観測は室内・人工直達光光源下で行った。観測の対象地区と時期は、35、45、55°Nの12月21日から、1カ月おきに6月21日までの半年間であった。群落の中央部に東西畝の場合に5株、南北畝の場合に4株を観測対象株とし、それぞれの株の上からの10枚葉面の表にサイズ 10 mm x 10 mmの太陽電池(KYOCERA,PSC1010)を取り付け、その受光量を測った。

　水平葉面群落の場合に得られた結果の概ねは次の通りである。(1)北緯35°地区・冬至においては、東西畝の群落日直達光受光率が南北畝のそれより高かったが、同緯度・春分と夏至の結果は冬至のそれと逆転して、南北畝のほうが高かった。(2)45°Nと55°N地区に対しては、どの季節にも南北畝の群落日直達光受光率が東西畝のそれより高かく、そして、太陽高度の大きい夏場になるほど、両者の差が大きく見られた。

　模型実験と数値計算を通じて、中国式片屋根温室内の日射透過特性、室内への日射透過改善法による効果およびその成立機構を究明した。また、室内直達光条件下で行った模型実験による結果は、植物栽培の畝方位を選択するに際してその群落の葉面傾斜角、季節および緯度などによって決めたほうがよいことを示唆している。