ここでの換気はもっぱら、機械式の換気扇を使わない自然換気を指しています。そのため、換気装置として、開閉するガラス窓や換気筒、換気口があげられています。
HORTICULTURAL BUILDINGS. By F. A. FAWKES. (1881)
換気
一般原則
植物は主に根から栄養を摂取しますが、葉は肺のような役割を果たしており、その機能を果たすためには空気が必要です。
葉の気孔、葉の呼吸器官は動物の呼吸器官と同様、常に空気を必要としています。
したがって、栽培上、植物が限られた空間で栽培される場合、空気を常に入れ替える適切な手段（換気）が必要になります。
換気の問題は、植物や花の温室栽培では非常に重要なので、いくつかの関連基本原則とその適用に特別な注意を払う必要があります。
特に、植物は動物とは異なり、特に温度の変化や冷気流などの影響を受けやすく、これらの悪影響から逃げるすべがありません。
換気や空気の流れを支配する原理はあらゆる偉大な物理法則と同様に非常に単純ですが、適用するとなると複雑です。
その原理は「空気は加熱されると膨張し、冷却されると収縮する」ということです。
そのため、熱い空気は上昇し、冷たい空気は下降します。
華氏32度（０℃）の空気の体積を1000とすると、温度によって体積は次のように変化します。
表 XVII.— 異なる温度における空気の相対的な体積
さて、空気は温度が上昇すると体積が増加するため、ある一定の空間を占める空気の重さは温かい方が冷たい空気より軽くなります。言い換えれば、冷たい空気の比重は熱い空気の比重より大きいということです。
したがって、熱い空気の塊が冷たい空気の塊の近くにある場合、冷たい空気塊は熱い空気塊を上方に押し上げます。
すなわち、熱い空気が上昇するのは、熱い空気独自の力によるものではなく、単に同じ空間にあるそれほど熱くない重い空気とのバランスが崩れるためであることがわかります。
熱い空気でも接触する空気がより熱ければ、間違いなく下降します。
ここまでは上下方向の動きについてのみ述べました。
加熱された空気は周囲の冷たい空気によって上方に押し上げられますが、冷たい空気は代わって加熱された空気のあった場所に下降するだけでなく、斜め、水平、または円形の動きをすることがあります。
流路に直接、障害が生じるかもしれません。その動きが他の流れを「誘発」する場合もあります。
また、条件の組み合わせによっては、空気のような移動可能な物質が、厳密に自然の法則に従っているにもかかわらず、一見、目的なく移動しているように見える場合があります。
例
園芸施設の換気について議論する前に、温度変化が空気の流れに影響を及ぼす簡単な例を 1 つか 2 つ挙げてみましょう。
図 80 は、部屋 ABCD の垂直断面を表しています。
図80において、最初は、部屋には空気の流入口も流出口もなく、内部の空気と周囲の壁は同じ温度に加熱されているとします。その場合、部屋に空気の流れはありません。しかし、いったん側壁 AD が冷却されると、この壁に接する空気は熱の一部を奪われ、残りの空気よりも重くなってすぐに下降し始めます。
空気が下降すると、矢印で示すような別の流れが誘発されます。
また、側壁 BC が室内の空気の温度よりも高温になると、壁 BC に近い部分の空気が上昇し、壁 AD が室内の温度よりも低く冷却された場合とほぼ同じ原理で同じ方向に空気の流れが発生します。
別の例、図 81 の部屋 ABCD を見てみましょう。この部屋では、内部の空気と壁が同じ温度に加熱されていますが、内部の温度は外部の空気よりも高いとします。
この場合、天井と床に E と F の開口部が作られると、空気塊 E F は外部の空気よりも暖かいため、すぐに上昇します。
しかし、部屋の右側部分の空気塊は、十分な換気が行われないままになる可能性が高いです。
E と F の開口部の代わりに、E と G に開口部を設けると (図 81 の点線を参照)、一方の開口部からもう一方の開口部へ空気が移動しますが、部屋のD に近い部分は空気が滞留し、実際に空気の入れ替わりが生じない部分になります。
表 XVII からわかるように、上昇する暖かい空気と下降する冷たい空気の温度差が大きいほど、比重の違いも大きくなり、その結果、温度の違いによって生じる気流の速度も大きくなります。
ここまでは、移動する空気塊を 1 つだけとして扱ってきました。
一般的に言えば、断面積の大きい空気塊 1 つではなく、小さな空気塊が複数ある方が気流の速度が増加します。
また、非常に多数の微小な気流がある場合は、速度はさらに小さくなります。
空気塊に関するこれらの 3 つのモードは、大きく開いた換気窓の場合、多数の 2 インチの穴が開いている場合、穴の開いた亜鉛板または金網を通過する場合に相当すると考えることができます。最初の例（モード）ではそよ風が感じられ、2 番目の例（モード）ではすきま風が感じられ、3 番目の例（モード）ではおそらく最初の例よりもそよ風は弱くなるでしょう。
したがって、園芸施設の換気は、入気口と排気口の位置と大きさ、および熱放射面の位置と放射強度によって、上昇する空気塊、その速度および内部の空気交換の能力を調整して、必要な時に適切な方法で新鮮な空気を取り入れ、汚染された空気を排出する必要があります。
換気したい部分を除く周辺の空気がすべて完全に静止しているならば、換気は非常に調整しやすいのですが、特に園芸施設のように、内部と外部の空気の温度が常に変化し、一定の風、渦を伴う気流、あちこちにある障害物の存在があれば、状況はより複雑化します。
工場、大規模な施設、邸宅などの建物では、比較的簡単かつ経済的に機械換気を導入することができます。たとえば、換気扇は入気扇、排気扇の 2 つの異なる方法で利用できます。
この場合、空気はポンプで送り込んだり、排出したりすることができ、汚染された空気と新鮮な空気、暖かい空気と冷たい空気の間の適切なバランスを維持することができます。
あるいは、煙突シャフト（煙突の排気筒の部分）を排気装置として使用することもできます。
このようなシャフトの底で火を焚くと空気塊が常に動くため、この流れを利用すれば、どんな部屋や建物でも必要に応じて空気を入れ替えることができます。
この原理を果実室に応用するには、小さなシャフトを屋根か部屋から屋外へ通して、そのシャフトの下部でガスを燃焼させるだけで簡単に換気できます。
風で動くスクリュー回転式の換気装置も、空気を排出するために使用できます。
しかし、ガラスで作られた園芸施設（ガラス温室）では、温水装置による暖房よりも機械的な方法で換気する方が難しく、ほとんど不可能に近いです。
ただし、注意深く、それぞれのケースを独自のメリットに基づいて対処すれば、十分かつ効率的な換気が可能です。
園芸施設への応用
空気の流れは空気塊ごとに比重が異なることによって生じるという大原則と、そこから生じる偶発的な状況を踏まえ、温湯暖房装置がある温室（温室形状は問わない）を例に、換気や新鮮な空気の供給を常に維持するための作業を簡単にまとめてみましょう。
まず、暖房装置が作動しておらず、室内の気温が外気温と同じであると仮定します。なお、暖房装置は地面の近くに設置されており、換気口も地面の近くと屋根の頂点の近くにあると仮定します。この場合、空気の流れは生じず、したがって換気も行われません。
図 82 または 83 のハウスを仮定しましょう。
暖房装置 A が作動すると、その上の空気塊は加熱され、膨張し、上昇を始めます。
C の流出口はこの軽い空気塊が上昇して屋根を通過することを可能にし、B の流入口からは、より重い空気が入り、空気が入れ替わることを可能にします。
B から入ってくるこの重い空気は、パイプ A によってすぐに加熱され、膨張し、上昇し、この動作が何度も繰り返されます。
しかし、この空気の入れ替えは非常に迅速に行われるため、ハウス内の温度は、植物の要求に応じた温度にまで達しない可能性があります。
その場合、2 つの対策があります。
暖房装置のパワーを増すか、または、もっと良い方法は、まず C の流出口の開口面積を縮小し、次に B の流入口の開口面積を縮小します。
多くの場合、園芸施設の効果的な換気はこういった方法を適切に組み合わせることができるどうかにかかっています。
図 82 と 83 は、小さなハウスを表していると考えてください。
中規模以上の大きさのハウスの場合、それぞれのハウス内で空気を均等に暖め、空気がよどんで入れ替わらない状態ができないようにするためには、温水パイプを図 82 のように床の中央近くか、図 83の D のように後ろの壁近くに配置する必要があります。
B 以外の流入口が必要になる場合もあります。たとえば、水平のシャフト（排気筒）で新鮮な空気を D 地点に運ぶ必要がある場合です。
一般的に、暖房のあるハウスの場合、流出口の合計面積は流入口の面積よりはるかに小さくします。
実際、棟に沿った狭い通気帯が流出口として最も効果的であることがよくあります。流入口としては、側壁下部のガラス面に沿った、幅が広めの通気帯を利用します。このようにすれば、ハウスのどの部分も空気がよどみにくくなります。
さらに、空気塊が流出口 C から流出するときに流れを妨げる外部の障害があると逆流する恐れがありますが、内部と外部の空気の温度差が大きいほど、すなわち、換気速度が速いほどそれを克服しやすくなります。
ただし、流出口 C が流入口 B よりも大きく、外部の風が優勢な場合は、流れが逆転し、冷たい空気が C から流入し、B から流出する可能性があります。この影響は注意が必要です。可能であれば、冷たい空気がハウスの上部から入り、暖房装置に到達する前に植物上を通り抜けないようにする必要があります。
一方、暖房のない果樹ハウスなどでは、換気口に別の役割、つまり開けることで日中は太陽で暖められた外気をたっぷりハウス内に取り込むこと、そして、閉じることで夜間外気温が下がっても内部に昼間暖められた空気を保持することが求められます。
換気口の形状
換気口にはさまざまな種類があります。
(a) 引き戸（スライド）式のガラス窓。
(b) ガラス窓またはシャッター、上部に蝶番が付いており、弧を描くように開くタイプ。
(c) ガラス窓またはシャッター、中央を回転軸として、上部は内側に開き、下部は外側に開くタイプ。
(d) ガラス窓またはシャッター、側面の蝶番に吊り下げられ、開き戸のように開きます。
(e) 窓サッシ。
(f) 引き戸（スライド）式のシャッターまたはドア。
(g) 無双格子または窓ガラス。
(h) 平行またはその他の動きで周囲の固定ガラスから引き下ろして、重なって同じ平面となるガラス窓またはシャッター。
(i) 吸引式換気口。
(k) スロットル式換気口。
(l) 恒久的な開口。
(a) 引き戸（スライド）式のガラス窓。
このタイプは屋根の換気口として、最近までごく普通に使用されていましたが、現在では次の理由から一般に利用されなくなっています。
- 扱いにくく、調整すると大きな摩擦が生じやすくなります。
- スライドする部分の垂木は異常に厚く重いものが必要で、それが太陽光線を不必要に遮り、虫や湿気の場所を増やす原因となります。
- 引き下げた時には、スライドしたガラス窓のサッシバーと、固定フレームのサッシバーの少し離れた位置が重なって、さらに太陽光線を遮えぎってしまうことになります。
- 開けた時に雨が直接ハウスの中に入り、風下になった場合は雨と冷気がハウス前面の内側に向かって吹き込みます。確かに、雨が流れ込むのが常に必ず好ましくないというわけではありませんが、多くの場合、低温の雨はハウス内の植物に当たらないようにするべきです。
- このような引き戸（スライド）式のガラス窓に対する他の反対意見として、重りで個別にガラス窓の開閉バランスをとることはできるものの、一度に複数のガラス窓を開閉する場合、摩擦が働いて同時に操作するのは困難になります。
しかし、引き戸（スライド）式のガラス窓はキュウリのフレームなどでは依然として非常に便利なものとして使用されています。
フレームで使用する場合、ガラス窓が上下にスライドできると、フレームの最も高い部分と最も低い部分を開けることができるので、換気が十分に行えます。また、加温されたフレームの場合、外の冷気が最初にフレームの熱いパイプ近くを通過するようにできるので、より効果的です。
引き戸（スライド）式のガラス窓は、壁面樹木の覆いのように、一年のうちの一定期間ガラス窓を完全に取り外す必要がある場合にも有利です。
(b) 上部に蝶番が付いていて、開いた時に弧を描くガラス窓
このタイプは栽培用ハウスの正面の換気だけでなく、屋根の換気にも簡単に利用できます。
この方式は開閉時の摩擦を最小限に抑えることができます。
必要に応じて同時開閉も容易です。
雨が吹き込む可能性はそれほど高くないでしょう。
このタイプであれば、開閉がない場合の断面寸法と同じにできます。
これにより太陽光線による遮蔽は最小限に抑えられます。
このタイプを組み立てる際、他のほとんどの換気システムよりも複雑さが少なく、園芸栽培施設に最適な換気システムであると考えてよいでしょう。
このシステムは、レンガ造りの壁に組み込むボックス換気システム、促成栽培用ピットの下部換気システム、壁面樹木の覆いなど、側壁にガラスフレームの換気口を設置するには高さが足りない場合、木製の換気システムが必要な場合にも活用できます。
(c) 回転（ピボット）式換気窓。
これは、前に述べた換気窓 (b) に似ていますが、上部で蝶番（ヒンジ）により固定されているのではなく、中央の回転軸（ピボット）により固定されており、上部は内側に、下部は外側に開きます。いくつかの点で、これは蝶番（ヒンジ）式換気窓 (b) よりも有利です。回転（ピボット）式は中心の軸に対して平衡状態にあり、その結果、開くのに必要な力が少なくて済みます。
しかし、大型の鉄骨コンサバトリーなど、各換気窓の面積が大きい場合や、開いたときに換気窓の突き出し面積を小限に抑えたい場合、および開閉時の力を特に考慮しなければならない場合を除いて、これらを使用することはめったにありません。
一般的な栽培ハウスにおいて、回転（ピボット）式換気窓にはいくつかの欠点があります。
各換気窓の半分は内側に開くことになるので、その結果、近くにあるブドウ、植物、花などに干渉する可能性があります。
屋根の換気窓として使用すると、雨が外側ではなく内側へ傾斜に沿って流れ込む傾向があります。
蝶番（ヒンジ）式換気窓よりも構造が複雑で、反対側の半分が留め継ぎの溶接部分に突き当たるので故障しやすくなります。
一方、回転（ピボット）式換気窓は、単純な蝶番（ヒンジ）式換気窓よりも見た目が少しすっきりしていて、もっと職人技が必要だと考える人もいることは認めなければなりません。
箱型換気口、小さな木製のシャッターなどに回転（ピボット）式を採用する必要はまったくありません。
(d) 開き戸タイプの換気窓、側面に蝶番で留めつけられたガラス窓。
栽培用のハウスでは、換気扇をこのように構築することはめったに推奨されません。第一に、各サッシを開くと、上から下へと空気が流入し、その結果、入ってくる空気全体を暖めることができないためです。第二に、同時開閉はそれほど簡単ではありません。
しかし、開き窓換気は、建築設計上、容易に適用できるので、多くのコンサバトリーや展示用ハウスにとって非常に便利な形式です。栽培ハウスの場合のように、空気が入るときに暖める必要がそれほどなく、垂直の高さ全体にわたって空気を入れるのが有利な場合があるからです。また、図 84 に示すように、両開きにして風向に対して風下側の窓が開くようにすると、風の悪影響を受けずに換気を行うことができます。
風が AからB 方向へ吹いている場合、実線で示した開き窓を開けて、点線で示した開き窓は閉じます。
風が D から C へ吹いている場合、点線の換気窓を開き、実線の換気窓は閉じます。
きちんと閉まるように、両開きでは中心柱に隅肉溶接がある場合もありますが、問題ありません。この開け方は簡単に実行できます。
(e) 窓枠 窓サッシ
この換気方式は栽培ハウスでは実用的価値がありません。
重りを入れる重いケースは光を遮ります。
引き戸（スライド）式ガラス窓 (a) に示したように、開けた時、重なり合ったサッシバーとフレームが不快に感じられます。
同時に開くことができません。
換気装置「b」「c」「d」よりも高価で複雑です。
もちろん、植木鉢小屋、種苗室、果物室、その他のレンガ造りの建物など、通常の量の光と換気しか必要としない建物では役立ちます。
(f) スライディング式のシャッターまたはドア、引き戸
引き戸が役立つ場合もあります。たとえば、キノコハウスやそれに類するハウスの内側の窓など、通常暗くしておく必要がある場合です。しかし、レンガの壁の換気装置として時々使用される場合や特別な状況を除き、園芸作業では換気のために引き戸をつける必要はありません。
(g) 「ヒットアンドミス」格子。 無双格子
これらは通常、装飾的な鉄細工やガラス板で作られます。
無双のガラス板はどんな場合も園芸目的にかなう十分な換気を提供することはありませんが、無双格子は、側壁にガラス窓のないハウスのレンガ壁に取り付けたり、促成栽培ハウスの栽培ベッドの下のスペースに取り付けて、外の冷気を入れたり、熱蒸気を排出したりと、キュウリやメロンハウスなどの発酵底熱と大気熱を調整する時などに役立ちます。
(h) 同じ平面で、周囲の固定ガラスから平行またはその他の動きで開くガラス窓またはシャッター。
このシステムは、果樹園または温室の棟全体に沿って垂木と同じ方向に換気する方式で、少量の換気を確保するのに役立つことが往々にあります。ただし、温度が上昇する前に冷たい空気が葉に接触するため、一般的に好ましくないと考えられています。
さらに、このシステムには、ねじれ歪みが発生しやすく接合部がしっかりと閉じにくいため、このタイプの換気口（通気帯）が使用されている温室では燻蒸することがほとんどできないという欠点があります。
このような方式が組み込まれたハウスでは外側にブラインドを簡単に取り付けることができません。
(i) 吸引式換気口
これは、中空の円筒内で、非常に速いピッチで回転するスクリューが付いていますです。回転しながら空気を吸い込み、風羽によって作動します（図 85 を参照）。
(k) スロットル換気装置は、主にトービンやその他の通気孔に使用されます。
暖房装置のある温室ではあまり使用されませんが、花室やコンサバトリーに導入すると効果的です。花室やコンサバトリーでは、入ってくる空気を任意の方向に送る必要があったり、建物内の空気と混合する前に冷たい空気の流れを熱いパイプに当てる必要があるので、そういった場合に有効です。
これらは、回転（ピボット）式換気窓 (c) と同様に、フタが平衡状態を保っていると言えます。なぜなら、開いている量や空気が通過する速度に関係なく、回転軸（ピボット）の片側の圧力が常にもう一方の圧力と釣り合うように開いたり閉じたりすることがないためです（図 86 を参照）。
(l) 恒久的な開口部
栽培ハウスに関して恒久的な開口部は、当然ながら、例外的とみなされるかもしれません。
この換気システムについて言及する理由は、新鮮な空気は常に、どんな状況でも必要ですが、新鮮な空気の流入を制御することも必要なことだからです。
それでも、恒久的な換気口を維持するために設けられた廊下や大きなウィンターガーデンなどに繋がるガラスが備わっていない鉄組みの小領域では空気の流れを制御することは求められていません。
密閉性に優れたドアやサッシなどでも、その周囲にある多数の割れ目は避けられない恒久的な換気口とみなすことができます。
一般的に園芸施設で求められるものを考えるにあたり、使用する換気装置はすべてかなりぴったりとフィットする必要があることを念頭に置くべきです。そうしないと、ハウスを燻蒸または燻煙にするのが難しくなる可能性があります。
もし可能であれば、暖房された温室に入る空気は、入室後できるだけ早く必要な温度に上げる必要があります。
一般的に言えば、下部換気口（入気口）はできるだけ低く、上部換気口（流出口）はできるだけ高くする必要があります。
また、一般的に言えば、下部換気口と上部換気口は建物の全長さにわたって設置される必要があります。
可能であれば、上部換気口は強風の影響を最も受けにくい位置に配置する必要があります。
すべての換気口のジョイントは、開いている時も閉っている時も雨が流れ込んでハウス内に滴り落ちないように構築する必要があります。植物を地面より高く持ち上げる必要がある場合、そのための栽培ベンチは状況に応じてさまざまな材料で作られます。
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