うだるような夏の日に伝統的な温室に入ったことがある人なら、2 つのことをご存知でしょう。空気が湿気で濃厚であること、そして気温が非常に高くなり、最も丈夫な作物でもしおれ始めることです。垂直農業経営者にとって、この問題はさらに深刻になります。植物が何列にも重なっていると、階層間の空気の循環が少なくなり、密集した栽培では上部の階層に熱が閉じ込められることが多く、管理が難しい微気候が生じます。温室用冷水装置のサプライヤーとして、私はよく質問を受けます。「温室用冷水装置は実際に垂直農業環境で動作するのでしょうか?」簡単に言うと「はい」ですが、これは万能の解決策ではありません。これらの冷却装置がどのように垂直型温室に適合し（そして繁栄する）、何に注意すべきか、そしてなぜそれらがあなたの積み上げられた作物を待ち望んでいた革新的なものになるのかを詳しく見てみましょう。
まず、垂直農業のユニークな点を思い出すのに役立ちます。植物が 1 つのフロアに広がる水平型温室とは異なり、垂直型農場では植物が複数の段に積み上げられ、場合によっては最大 10 段の高さになります。この設計により、平方フィートあたりの収量が向上し、水の無駄が削減され、都市中心部に近づくことができます。しかし、従来の冷却方法ではうまく解決できない熱的な課題も生じます。たとえば、水平温室では、空間から熱を引き出すために受動的換気、日よけ布、またはオーバーヘッドファンがよく使用されます。しかし、垂直農場では、エネルギーを無駄にせずにファンが常に下層に到達するとは限りません。また、多くの垂直農場が依存している補助 LED ライトが日よけ布によって遮断されます。そこで水ベースの冷却が登場し、温室用冷水装置がそのシステムの中心となります。
温室用冷水装置の基本的な仕組みから始めましょう。これらのシステムは水を正確な温度まで冷却し、その水をパイプ、チューブ、さらには植物の根や茎に沿って走る一体型冷却マットを通して循環させます。チラーは、温室内の空気全体を冷却するのではなく (これは、特に積み重ねたセットアップでは非効率的です)、植物に栄養を与える水を対象とします。植物の根は周囲の空気よりも温度にはるかに敏感であるため、ほとんどの葉物野菜、ハーブ、結実作物は、根域が 60°F ～ 75°F の間にあると生長します。養液を直接冷却することは、はるかに効率的なエネルギーの使用です。これは、エネルギーコストが最大の運営経費の 1 つである垂直農場にとって大きな利点です。
しかし、これは特に垂直農業に当てはまるのでしょうか?数字を見てみましょう。国際園芸科学協会の2022年の研究では、根域の温度管理を行わない垂直農場では、根の温度を正確に管理する垂直農場と比較して、夏季に収量が15〜20％減少することが判明した。年間 100,000 個のレタスを生産する垂直農場では、年間 15,000 個のレタスが失われることになり、これは数万ドルの収入が失われるのに十分です。温室用冷水装置は、上層の気温が 90°F 以上に上昇した場合でも、根域を安定に保つことでこの問題を解決します。
ちょっと待ってください。垂直農場ではすでに循環式アクアポニックスまたは水耕栽培システムが使用されているのではないかと考えているかもしれません。なぜ冷却装置を追加するのですか?なぜなら、これらのシステムはそれ自体で水を冷却しないからです。夏には、特にパイプが熱い LED ライトの近くにある場合、温室内の周囲の熱がパイプを流れる養液を温めます。ライト自体は大量の熱を発生します。エネルギーの最大 80% が光ではなく熱に変わります。そのため、垂直に積み重ねたセットアップでは、その熱が層の間に閉じ込められます。温室用水冷却装置は、根に到達する前に水から余分な熱を取り除き、すべての層に同じ冷たくて一貫した養液が確実に供給されるようにします。
もちろん、垂直農場にチラーを設置する際には留意すべき考慮事項があります。まず、水質が重要です。垂直農場で逆浸透水 (RO 水) を使用している場合、RO 水はミネラル含有量が低く、チラーのパイプやコンポーネントのスケール付着を防ぐため、チラー システムに最適です。適切な給水システムの設定について詳しくは、こちらをご覧ください。温室用RO水システムガイド — 適切な水の準備は、チラーをスムーズに稼働し続けるための第一歩です。これがないと、ミネラルの蓄積によりチラーのラインが詰まり、効率が低下し、さらには寿命が短くなる可能性があります。
もう一つの要素はスペースです。垂直農場では床面積が限られているため、貴重な栽培スペースを占める大型の設備は使用できません。幸いなことに、最新の温室用水チラーはコンパクトでモジュール式に設計されているため、温室の隅に設置したり、作物ゾーンごとに複数段のチラーがある場合は積み重ねることもできます。たとえば、ある段で熱に弱いバジルを栽培し、別の段でトマトに耐性がある場合、冷却装置を段ごとに異なる温度に設定して、垂直農場全体を正確に制御できます。
ちょっと待って、湿度はどうでしょうか？垂直農場では、循環する養液が空気中に水分を放出するため、必然的に湿度が高くなります。よくある懸念は、冷却システムを追加すると湿度レベルが高くなりすぎて、カビや害虫の問題が発生するということです。しかし、これは冷却装置自体の問題ではなく、設置不良の問題です。温室用冷水器と適切な換気装置 (および場合によっては各段に対象を絞った除湿装置) を組み合わせると、ほとんどの垂直作物にとって最適な湿度レベルを 50% から 70% の間に保つことができます。実際、チラーの冷却プロセスは湿度の調整に役立ちます。冷却されたパイプから水が蒸発すると、制御された速度で空気に湿気が追加されるため、温室全体が蒸し暑い状態になるのではありません。
作物固有の使用例について話しましょう。垂直農業においてチラーが真価を発揮するのはそこだからです。レタス、ほうれん草、ケールなどの葉物野菜は、垂直栽培では非常に一般的であり、暖かい根を嫌います。根域の温度が 75°F を超えると、レタスは苦くなり、豆が実り、作物全体が台無しになります。温室用冷水機を使用すると、夏の暑さのピーク時でも根域を 65 ～ 70°F に保つことができるため、一年中安定した柔らかいレタスが得られます。ミント、バジル、コリアンダーなどのハーブにも同じルールが当てはまります。根が温かいとこれらの植物は長くなり、芳香油が減少します。ハーブの品質がすべてであるため、これはビジネスに悪影響を及ぼします。
垂直農場ではあまり一般的ではありませんが、注目を集めている結実する作物でも、チラーによる冷却の恩恵を受けます。垂直に栽培されるトマト、ピーマン、イチゴは、多くの場合、積み重ねられた側溝システム内にある栽培培地に近い根域を持っています。見たことがあるなら温室の側溝セットアップでは、これらの溝が上の層の近くにあり、LED の熱が集中していることがわかります。その熱により培地が暖められ、トマトや小さくて味のないイチゴの花尻腐れが発生する可能性があります。冷水器は側溝を流れる水を冷却し、ルートゾーンを冷たく保ち、これらの一般的な問題を軽減します。
コストについてはどうですか？これはよく聞く話ですが、それは当然の質問です。はい、温室用冷水器の設置には初期費用がかかりますが、収量の損失、エネルギーの無駄、害虫駆除のコストと比較すると、賢明な投資と言えます。従来の水平冷却方式では、前払い金は少なくて済みますが、エネルギー効率ははるかに低くなります。アリゾナ大学の 2023 年の研究では、チラーを使用した水ベースの冷却を使用する垂直農場は、温室の空気量全体ではなく、冷却が必要な水のみを冷却しているため、空気ベースの冷却を使用する農場と比較してエネルギーコストが 30% 削減されることがわかりました。時間の経過とともに、これらのエネルギー節約は加算され、事業の規模に応じて 2 ～ 3 年で冷却装置の費用を支払うのに十分な量になります。
また、チラーを垂直農場に適したサポート機器と組み合わせることが重要です。たとえば、垂直農場で苗作りを始める場合、信頼できる農業用苗機械が重要であり、チラーからの安定した水温は、苗が後で重なり合った状態に対処できる強力で均一な根を成長させるのに役立ちます。そして、収穫するときは、効率的に野菜包装装置垂直農場のワークフローと連携することで、高品質で温度が安定した農産物を迅速に市場に出すことができます。これも、適切な冷却によって作物を健康に保つことのもう 1 つの利点です。
さて、よくある俗説に対処しましょう。温室用冷水装置は暑い気候専用だと考えている人もいます。それは真実ではありません。温暖な気候であっても、垂直農場では夏に過熱の問題が発生する可能性があり、冬でも、補助照明を使用して一年中作物を栽培している場合、それらの照明が熱を発生させて根域が暑くなりすぎる可能性があります。チラーは単に冷やすだけではなく、必要に応じて冬には水温を暖かく調整することもできるため、気候に関係なく、一年中機能する柔軟なソリューションです。
そこで、元の質問に戻ります。温室用冷水器は垂直農業温室で使用できますか?答えは「はい」ですが、プラグアンドプレイのアドオンではありません。垂直農場の段数、作物の種類、水システムに合わせて適切なサイズにする必要があります。効率的に稼働し続けるには、RO ろ過などの適切な水質管理と組み合わせる必要があります。また、栽培を中断することなく限られたスペースに収まるように、モジュラー設計を念頭に置いて設置する必要があります。
これを試してみたいと考えている垂直農場の経営者は、小規模から始めてください。下層または最も熱に弱い作物用に冷却装置を 1 台設置し、規模を拡大する前に収量とエネルギー節約量を追跡することもできます。または、完全なシステムに投資する準備ができている場合は、特定の設定に適した温室用冷水器のサイズを決定するお手伝いをいたします。私たちのチームは、小規模な都市運営から大規模な商業施設に至るまで、あらゆる規模の垂直農場と協力し、そのニーズに合ったシステムを設計します。
温室用冷水装置が垂直農場でどのように機能するかを説明する準備はできていますか?当社のチームに連絡して、お客様の業務に適したソリューションを見つけるための会話を始めてください。
参考文献
- 国際園芸科学協会。 （2022年）。都市垂直農場の根域温度管理: 収量への影響とベストプラクティス。園芸技術ジャーナル、18(2)、45-52。
- アリゾナ大学農業生命科学部。 （2023年）。制御環境農業における水ベース冷却と空気ベース冷却のエネルギー効率。国際農業工学: CIGR ジャーナル、25(4)、112-120。
- FAO。 （2021年）。都市の食料安全保障のための垂直農業: 課題と機会。国連食糧農業機関。
