
温室は、内部の温度と湿度を調節するために設計された構造物です。温室には様々な種類がありますが、いずれも透明な素材で覆われた広い面積を有し、太陽光は透過しますが、熱として遮断されます。現代の温室の壁や屋根に最も一般的に使用される素材は、ポリカーボネート製の硬質プラスチック、ポリエチレン製のプラスチックフィルム、またはガラス板です。[ 1 ]温室の内部が日光にさらされると温度が上昇し、寒い天候でも植物が生育できる保護された環境を提供します。
温室、ガラス温室、温室という用語は、植物栽培用の建物を指す際にしばしば互換的に使用されます。使用される具体的な用語は、建物に使用されている材料や暖房システムによって異なります。今日では、温室は木材やポリエチレンプラスチックなど、様々な材料で建設されることが一般的です。[ 2 ]一方、ガラス温室は、光を取り込むガラス板のみで作られた伝統的なタイプの温室です。温室という用語は、人工的に暖房されている温室を意味します。しかし、暖房の有無にかかわらず、一般的に温室に分類されます。

温室の規模は、小さな小屋から工業規模の建物、巨大な温室まで様々です。最も小さな例は、コールドフレームと呼ばれる小型温室で、通常は家庭用として使用されますが、大型の商業用温室は、野菜、花、果物などのハイテク生産施設です。ガラス温室には、スクリーン、暖房、冷房、照明などの設備が備えられており、植物の生育に最適な環境を作るためにコンピューター制御される場合もあります。そして、気温、相対湿度、蒸気圧差などの生育条件を様々な技術を用いて管理し、特定の作物の栽培に最適な環境を提供します。
温室が開発される前は、農業の実践は気象条件に制約されていました。地域社会の気候帯に応じて、植物を栽培できる種類と時期は限られていました。しかし、西暦30年頃、ローマ帝国は記録に残る最初の人工環境を構築しました。[ 3 ]ティベリウス皇帝の健康状態が悪化したため、王室の医師は皇帝に1日1本のキュウリを食べるように勧めました。[ 3 ]しかし、キュウリは非常に繊細な植物であり、1年中簡単には育ちません。そのため、ローマ人は温室のような人工環境を設計し、皇帝が1年中キュウリを食べられるようにしました。キュウリは車輪付きのカートに植えられ、毎日日光に当てられ、夜間は暖かい場所に置かれました。大プリニウスの記述によると、キュウリは枠の下か、スペキュラリアと呼ばれる油を塗った布かセレナイト(別名ラピス・スペキュラリス)のシートで覆われたキュウリハウスで保管されていた。[ 4 ] [ 5 ]
温室設計における次の大きな進歩は、15世紀の朝鮮王朝時代に韓国で起こった。1450年代、淳義全が『植物暖房録』という原稿の中で、初の人工暖房温室について記述している。[ 6 ]淳義全は王室の侍医であり、 『植物暖房録』は貴族に重要な農業や家事の知識を提供することを目的としていた。[ 6 ]農業技術のセクションで、淳義全は冬でも野菜などの植物を栽培できる温室の建築方法を記している。[ 6 ]韓国の設計では、構造にオンドルシステムが追加されている。 [ 6 ]オンドルは家庭空間で使用される韓国の暖房システムで、床下の熱源から煙突パイプを通っている。[ 6 ]オンドルに加えて、水を満たした大釜も加熱して蒸気を発生させ、温室内の温度と湿度を上げた。[ 6 ]これらの韓国の温室は、太陽のエネルギーだけに頼るのではなく、温度を制御する最初の能動的な温室でした。[ 2 ]設計には、光を取り込む半透明の油を塗った韓紙の窓や熱を保持するコブ壁などの受動的な暖房方法も含まれていましたが、炉は人工環境をさらに制御しました。[ 6 ]朝鮮王朝実録には、 1438年の冬にミカンの木に熱を供給するために、オンドルを組み込んだ温室のような構造物が建設されたことが確認されています。 [ 6 ]
温室の概念は、植物とともに17世紀にオランダ、そしてイギリスでも登場しました。初期の温室では、夜間に閉鎖したり冬季対策を講じたりするために膨大な労力が必要でした。また、初期の温室では、適切かつバランスの取れた熱供給が深刻な問題となっていました。イギリスで最初の「ストーブ」(暖房)温室は、1681年にチェルシー薬草園に完成しました。 [ 7 ]今日、オランダには世界最大級の温室が数多くあり、その中には毎年何百万もの野菜を生産できるほど巨大なものもあります。

17世紀のヨーロッパでは、ガラスの技術向上と建設技術の向上に伴い、温室設計の実験が続けられました。ヴェルサイユ宮殿の温室は、その規模と精巧さを示す好例です。長さ150メートル(490フィート)、幅13メートル(43フィート)、高さ14メートル(46フィート)以上を誇りました。
ボストンの裕福な商人アンドリュー・ファニエルは、1737年にアメリカ初の温室を建設した。[ 8 ]

戦後、マウントバーノンに戻ったジョージ・ワシントンは、マウントクレア(メリーランド州)のキャロル邸に建てられた温室のことを知りました。この温室は、勤勉な庭師で、この温室で柑橘類を栽培していたマーガレット・ティルマン・キャロルによって設計されました。[ 9 ] 1784年、ワシントンは温室の設計の詳細を尋ねる手紙を送り、キャロルはそれに応じました。ワシントンはこう書いています。
今秋、温室の完成に挑戦しようと思っていますが、私自身も周りの人も内部構造に精通していないため、少なくとも間違いは避けられないでしょう。そこで、キャロルズ夫人の温室について簡単にご説明いただけないでしょうか。今になって確信しました。というのも、私の温室は規模が小さすぎると考えたからです。私の温室は(レンガ造りで)外寸が40フィート×24フィートです… [ 10 ]


フランスの植物学者シャルル・ルシアン・ボナパルトは、1800年代にオランダのライデンに、薬用熱帯植物を栽培するための実用的な近代的な温室を建設したとよく言われています。 [ 11 ] 当初は富裕層の邸宅でのみ使用されていましたが、植物学の発展に伴い、温室は大学にも普及しました。フランスでは、最初の温室はオレンジの木を凍結から守るために使われていたため、オランジェリー(オランジュリー)と呼ばれていました。パイナップルの人気が高まると、パイナップルピット(パイナップルの種を植える場所)が作られました。


これまでに考えられた最大の温室は、ヴィクトリア朝時代のイギリスで建設されました。植民地拡大の直接的な結果として、温室の用途は農業から園芸へと変化しました。[ 12 ]植民地間の植物や園芸知識の急速な移転は、ヴィクトリア朝時代の人々が「異国情緒あふれる」植物や環境に魅了される一因となりました。[ 13 ]温室は一般大衆を楽しませる見世物となりました。温室に整えられた環境は、「西洋人の理想化された風景の想像力」を捉え、文化的な「他者」の幻想を支えることを目的としていました。[ 13 ]その結果、温室に集められた植物は世界の真の反映であると信じられていますが、実際にはイギリスの植民地の位置とその権威の及ぶ範囲を象徴するために「異国情緒あふれる」植物をステレオタイプ的に配置したものに過ぎません。[ 12 ]イギリスの覇権を維持するために、温室は植民地の権力の主張となり、「植民地化された環境と植物の絶対的な支配」を誇示し、イギリス帝国の権力の象徴として[植物を使用する]ようになりました。[ 14 ]
19 世紀の著名なデザインは、大きな木を植えるのに十分な高さのある温室で、パーム ハウスと呼ばれていました。これらは通常、公共の庭園や公園にあり、19 世紀のガラスと鉄の建築の発展を例示していました。この技術は、広く内部に開いたスペースが必要な鉄道駅、市場、展示ホールなど、大規模な建物で広く使用されました。パーム ハウスの最も初期の例の 1 つは、ベルファスト植物園にあります。チャールズ ラニョンによって設計されたこの建物は、1840 年に完成しました。これを建設したのは鉄工のリチャード ターナーで、彼は後に 1848 年にロンドンのキュー王立植物園にパーム ハウスを建設することになります。これは、現在は失われているジョセフ パクストンによって設計されたチャッツワース大温室(1837 - 1840 年) と水晶宮(1851 年) のすぐ後のことでした。[ 15 ]

19世紀に建てられた他の大型温室には、ニューヨークのクリスタル・パレス、ミュンヘンのグラスパラスト、そしてベルギー国王レオポルド2世のために建てられたラーケン王立温室(1874~1895年)などがあります。日本では、ハーブを輸出していたイギリス人商人サミュエル・コッキングによって1880年に最初の温室が建てられました。

20世紀には、様々な温室にジオデシックドームが加わりました。注目すべき例としては、コーンウォールのエデン・プロジェクト、ペンシルベニア州のロデール研究所[ 16 ]、ミズーリ州セントルイスのミズーリ植物園のクリマトロン、ケンタッキー州のトヨタ自動車製造[ 17 ]などが挙げられます。ピラミッド型も、大型で背の高い温室によく見られる形状で、アルバータ州のムタート温室( 1976年頃)にはピラミッド型の温室がいくつか設置されています。
1960年代、より幅広のポリエチレン(ポリエチレン)フィルムが広く普及すると、温室の構造は大きく変化しました。フープハウスは複数の企業で製造され、栽培者自身によって作られることも少なくありませんでした。アルミ押出材、特殊な亜鉛メッキ鋼管、あるいは鋼管やPVC製の水道管だけで作られるため、建設コストは大幅に削減されました。その結果、小規模農家や園芸店で温室が数多く建設されるようになりました。1970年代には、より効果的な紫外線防止剤が開発・添加され、ポリエチレンフィルムの耐久性は飛躍的に向上しました。これにより、フィルムの耐用年数は1~2年から3年、そして最終的には4年以上にまで延長されました。
樋連結型温室は1980年代から1990年代にかけて普及が進みました。これらの温室は、共通の壁、または支柱列で連結された2つ以上の区画で構成されています。床面積と外壁面積の比率が大幅に増加したため、暖房入力が削減されました。樋連結型温室は現在、生産現場だけでなく、植物を栽培して一般向けに販売する現場でも広く利用されています。樋連結型温室は、暖房効率を高めるため、構造化されたポリカーボネート素材、または二重のポリエチレンフィルムで覆われ、その間に空気が吹き込まれています。
温室内の温度が上昇するのは、入射する太陽光が透明な屋根と壁を通過し、床、土壌、そして室内の物に吸収されて温まるためです。これらの物質は温室内の周囲の空気を暖めます。温室内は外気にさらされていないため、暖められた空気は屋根と壁によって対流によって逃げることができず、温室内の温度が上昇します。
窓ガラスは太陽から放射される短波赤外線に対しては実質的に透明であるが、室内の物体から放射される長波赤外線に対してはほとんど不透明である。[ 18 ]
定量的な研究によると、赤外線放射冷却の効果は無視できないほど小さくなく、暖房された温室では経済的な影響を与える可能性がある。高反射率のスクリーンを設置した温室における近赤外線放射の問題を分析した結果、そのようなスクリーンの設置により熱需要が約8%削減され、透明面への染料塗布が提案された。例えば、紫外線波長を赤色光に変換するコーティングを施す技術を用いることで、光合成効率が向上し、作物の収量も増加する。[ 19 ]反射率 の低い複合ガラス、あるいは効果は劣るものの安価な反射防止コーティングを施した単板ガラスも、コスト削減に寄与した。[ 20 ]
温室を成功させる上で、換気は最も重要な要素の一つです。適切な換気がなければ、温室とそこで栽培される植物は問題を抱えやすくなります。換気の主な目的は、温度と湿度を最適なレベルに調節し、空気の流れを確保することで、静止した空気を好む植物病原菌(灰色かび病菌など)の増殖を防ぐことです。また、換気は光合成と植物の呼吸に必要な新鮮な空気の供給を確保し、重要な花粉媒介者が温室作物にアクセスできるようにする役割も担います。
換気は、通気口(多くの場合、コンピューターで自動的に制御されます)と再循環ファンの使用によって実現できます。[ 21 ]

暖房や電気代は、世界中で、特に寒冷地における温室の運営において最も大きなコストの一つです。温室を暖房する場合、不透明な壁を持つ建物と比較して、温室を覆うカバーを通して失われる熱量が大きく問題となります。カバーは光を透過させる必要があるため、逆に断熱性はそれほど高くありません。従来のプラスチック製温室カバーのR値は約2であるため、失われた熱を補うために多額の費用がかかります。ほとんどの温室では、補助的な暖房が必要な場合、天然ガス炉または電気炉を使用しています。[ 22 ]
少ないエネルギー投入で熱を得る受動的な暖房方法も存在します。太陽エネルギーは、比較的豊富な時期(日中/夏)に捕捉し、涼しい時期(夜間/冬)に放出して温度を上げることができます。[ 23 ]家畜の廃熱は温室の暖房に利用できます。例えば、温室内に鶏小屋を設置することで、鶏が発する熱を回収することができます。この熱は、本来であれば無駄になります。[ 24 ] [ 25 ]一部の温室では地熱暖房も利用されています。[ 26 ]
冷却は通常、温室内の温度が植物にとって高すぎる場合に、窓を開けることで行われます。これは手動で行うことも、自動で行うこともできます。窓アクチュエーターは温度差に応じて窓を開けたり、電子制御装置によって窓を開けたりすることができます。電子制御装置は温度を監視し、状況に応じて炉の運転を調整するためによく使用されます。これは基本的なサーモスタットのように単純な場合もありますが、大規模な温室ではより複雑な場合もあります。[ 27 ]
非常に暑い状況では、日陰で涼しく過ごせる シェードハウスを使用することができます。
日中は窓から光が温室に入り、植物がそれを利用します。一部の温室では、夜間に点灯する栽培用ライト(多くの場合LED)も設置されており、植物が受ける光量を増やすことで、特定の作物の収穫量が増加します。[ 28 ]
温室栽培において二酸化炭素を約 1100 ppm まで濃縮すると植物の成長が促進されることは、ほぼ 100 年前から知られています。 [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]二酸化炭素を制御下で連続的に濃縮する装置が開発されてから、この技術はオランダで大規模に確立されました。[ 32 ]ジギタリス・ラナタの強心配糖体などの二次代謝物は、高温および高二酸化炭素濃度の温室栽培によってより多く生産されます。[ 33 ]二酸化炭素濃縮は、植物の成長に十分な炭素を供給するために必要な総空気流量を軽減し、それによって蒸発によって失われる水の量を減らすことで、温室の水使用量を大幅に削減することもできます。[ 34 ]現在、商業用温室は相互の利益のために適切な工業施設の近くに設置されることがよくあります。例えば、英国のコーナーウェイズ・ナーサリーは、主要な砂糖精製工場の近くに戦略的に配置されており[ 35 ] 、精製工場から排出される廃熱と二酸化炭素の両方を消費しています。これらの廃熱と二酸化炭素は、本来であれば大気中に放出されるはずでした。精製工場は二酸化炭素排出量を削減し、ナーサリーはトマトの収穫量の増加を享受し、温室の暖房設備を独自に設置する必要がなくなりました。
リービッヒの法則によれば、二酸化炭素が制限要因となった場合にのみ、土壌の富栄養化は効果的となる。管理された温室では、灌漑はささいなことであり、土壌はもともと肥沃である可能性がある。管理が行き届いていない庭園や野原では、二酸化炭素レベルの上昇は、(干ばつ、[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]洪水、[ 39 ]またはその両方[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]がないと仮定した場合)土壌の枯渇点までしか一次生産を増加させず、これは二酸化炭素レベルの継続的な上昇によって表面的には実証されている。さらに、室内実験、自由大気炭素富化(FACE)試験区、[ 45 ] [ 46 ]およびフィールド測定によって再現性が得られる。[ 47 ] [ 48 ]
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家庭用温室では、通常3mm(1⁄8インチ)の「園芸用ガラス」グレードのガラスが使用され、 これは気泡を含まない良質のガラスです(気泡はレンズのように作用して葉を焦がす可能性があります)。[ 49 ]
最も多く使用されるプラスチックは、ポリエチレンフィルムとポリカーボネート素材の多層シート、または PMMAアクリルガラスです。
商業用ガラス温室は、野菜や花卉の生産のためのハイテク施設であることが多いです。ガラス温室には、スクリーン設備、暖房、冷房、照明などの設備が備えられており、コンピューターによる自動制御が行われる場合もあります。
英国やその他の北欧諸国では、「ダッチライト」と呼ばれる園芸用ガラスが歴史的に建築の標準単位として使用され、その寸法は28インチであった。+730 mm × 1,420 mm( 3 ⁄ 4 インチ × 56インチ)。このサイズは、現代の住宅設計で一般的に使用される幅600 mmなどの小さなガラス板を使用する場合と比較して、より広いガラス面積を確保できます。これらのガラス板は、温室全体のサイズが同じであれば、より大きな支持フレームを必要とします。側面が傾斜しており(その結果、軒の高さよりもベースが広くなります)、これらのガラス板をカットせずに使用する温室のスタイルは、「ダッチライト設計」と呼ばれることが多く、フルガラスまたはハーフガラスを使用するコールドフレームは「ダッチ」または「ハーフダッチ」サイズと呼ばれます。
2015年、ウェン・リューは、作物の光合成に必要な青色と赤色の波長を選択的に透過する二色性ポリマーフィルムで覆われた曲面ガラスパネルを提案した。他の波長は反射され、太陽電池に集光され、デュアルトラッキングシステムを用いて発電する。作物は光合成に必要な波長だけを受け取るため、影の影響は排除される。この技術は、R&D100賞(2017年)など、数々の賞を受賞している。[ 50 ] [ 51 ]
新しい太陽光発電技術は、室内の植物に必要な波長を通し、他の波長を使って発電するものであり、将来的には温室でも利用されるようになるかもしれない。
作物の収量と発電量に最適な色合いと透明度を選択するには、実験が必要です。[ 52 ] [ 53 ] [ 54 ]半透明パネルは、透明なバックシートを使用することで、その下の食料生産を促進します。このオプションでは、固定パネルにより太陽光が下の植物に降り注ぐため、過度の露出を軽減できます。[ 55 ]
高緯度の寒冷な気候でも作物を栽培できるように、特殊な設計が存在します。瀋陽などの中国北部では、傾斜したソーラー温室が作物に効率的な受動加熱を提供するために使用されています。[ 56 ]この加熱は、能動的な加熱要素が停止している場合でも、作物が致命的な低温に達するのを防ぐことが示されています。[ 56 ]このタイプの温室は1978年に初めて建設され、1980年代に人気が高まりました。[ 25 ]
温室は、植物の生育環境をより細かく制御することを可能にします。温室の技術仕様に応じて、温度、光と影のレベル、灌漑、施肥、大気湿度など、制御可能な主要な要素があります。温室は、生育期間の短さや光量の不足など、土地の生育特性の欠点を克服するために使用され、限界環境における食料生産を向上させることができます。シェードハウスは、特に高温乾燥した気候において日陰を提供するために使用されます。[ 57 ] [ 58 ]
温室は、特定の作物を一年を通して栽培することを可能にするため、高緯度諸国の食料供給においてますます重要になっています。世界最大級の温室施設の一つはスペイン、アンダルシア州アルメリアにあり、その面積は200平方キロメートル(49,000エーカー)近くに及びます。[ 59 ]
温室は、花、野菜、果物、苗の栽培によく利用されます。トマトなど、特定の作物の特別な温室品種は、一般的に商業生産に使用されます。

多くの野菜や花は、晩冬から早春にかけて温室で栽培し、暖かくなったら屋外に移植することができます。また、温室内にシードトレイラックを積み重ねておき、後で屋外に移植することもできます。水耕栽培(特に水耕Aフレーム)は、温室内で作物を成熟サイズまで栽培する際に、室内空間を最大限に活用するために役立ちます。[ 60 ]
マルハナバチは受粉のための花粉媒介者として利用できますが、他の種類のハチも利用され、人工授粉も行われています。
温室という比較的閉鎖的な環境は、屋外栽培に比べて独特の管理要件を伴います。害虫や病気、そして極端な温度や湿度への対策が必要であり、水を供給するために灌漑も不可欠です。ほとんどの温室ではスプリンクラーや点滴灌漑システムが採用されています。特に冬季に温暖な気候の野菜を栽培する場合は、大量の熱と光が必要となる場合があります。
温室は農業以外にも応用されています。カリフォルニア州フリーモントにあるグラスポイント・ソーラー社は、温室で太陽光発電フィールドを囲み、太陽熱石油回収(SEO)用の蒸気を生産しています。例えば、グラスポイント社は2017年11月、カリフォルニア州ベーカーズフィールド近郊に、パラボリックトラフを温室で囲む太陽熱石油回収施設を開発中であると発表しました。[ 61 ]
「アルパインハウス」とは、高山植物の 栽培に使用される特殊な温室です。アルパインハウスの目的は、高山植物が生育する環境を模倣することであり、特に冬の湿潤状態から植物を保護することです。アルパインハウスで栽培される植物は耐寒性があり、冬の厳しい霜から保護するだけで済むため、暖房設備は設置されていないことが多いです。アルパインハウスは優れた通気性を確保するように設計されています。[ 62 ]
世界中には、推定900万エーカー(約3万6500平方キロメートル)の温室がある。[ 63 ]

オランダには世界最大級の温室がいくつかあり、2017年には約5,000ヘクタールの温室が占めるほどの食料生産規模を誇ります。[ 64 ]
19世紀半ば、オランダのヴェストランド地方で温室が建てられ始めた。湿地と粘土質の土壌に砂を加えることで農業に適した肥沃な土壌が作られ、1850年頃には最初の温室でブドウが栽培された。これは単純なガラス構造で、片側が堅い壁でできていた。20世紀初頭までに、温室はすべての面をガラスで作るようになり、暖房も備えられた。これにより、この地域では通常育たない果物や野菜の生産も可能になった。今日、ヴェストランド地方とアールスメール周辺地域は、世界で最も温室農業が集中している地域である。[ 65 ]ヴェストランド地方では主に野菜が生産されており、植物や花卉も生産されている。アールスメールは主に花卉と鉢植えの植物の生産で知られている。20世紀以降、フェンロー周辺地域とドレンテ州の一部も温室農業の重要な地域となっている。
2000年以降、技術革新の一環として「閉鎖型温室」が登場しました。これは、生産者がエネルギー消費を抑えながら栽培プロセスを完全に制御できる完全閉鎖型システムです。水上温室は、国内の水辺で利用されています。
オランダには約4,000の温室企業があり、9,000ヘクタール[ 66 ]以上の温室を運営し、約15万人の労働者を雇用し、72億ユーロ[ 67 ]相当の野菜、果物、植物、花を生産しており、その約80%が輸出されています。[ 68 ] [ 69 ]
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