パッドアンドファン

パッドアンドファンとは

パッドアンドファンとは、水で濡らした冷却パッドと換気ファンを組み合わせ、水が蒸発するときの気化熱を利用して温室・ビニールハウス内を冷却する設備です。

一般的な方式では、温室の一方に冷却パッドを設置し、反対側に大型の排気ファンを設置します。

ファンで施設内の空気を排出すると温室内が負圧になり、外気が濡れたパッドを通って施設内へ流入します。パッドを通過するときに水の一部が蒸発し、その気化熱によって空気温度が低下します。

パッドアンドファンは、エアコンのような冷凍サイクルを利用する冷房設備ではありません。

水の蒸発を利用するため、空気を冷却すると同時に水蒸気量が増加することが特徴です。

仕組みや冷却原理については、農業用語「パッドアンドファン」でも詳しく解説しています。

パッドアンドファンの基本構成

一般的なパッドアンドファンは、主に次の設備で構成されます。

• 冷却パッド：水を保持しながら空気を通過させるセルロース製などのパッド
• 給水設備：パッド上部から水を供給し、全面を均一に濡らすための配管・ポンプ
• 貯水槽：循環水を保持するタンク
• 排気ファン：施設内を負圧にし、パッドを通じて外気を取り入れる大型換気扇
• 制御設備：温度などに応じてファンや給水ポンプを運転する制御装置

パッドとファンは別々に選べばよいわけではありません。

必要換気量、パッド面積、パッドを通過する風速、施設の長さ・容積・気密性などを一体として設計する必要があります。

パッドアンドファンの冷却原理

パッドアンドファンでは、液体の水が水蒸気へ変化するときに必要となる気化熱を利用します。

外気が濡れたパッドを通過すると水の一部が蒸発し、その際に空気から熱が奪われるため、パッド通過後の空気温度が低下します。

冷たい水を流して空気を冷やす設備ではありません。

冷却性能を大きく左右するのは、水温そのものより、外気がさらにどれだけ水蒸気を受け入れられる状態にあるかです。

冷却能力は外気温だけでは決まらない

パッドアンドファンを選定するときに、最も誤解されやすい点です。

「外気温35℃なら何℃まで冷却できる」というように、外気温だけから性能を判断することはできません。

蒸発冷却では、外気の乾球温度と湿球温度の差が冷却可能な温度差の基礎になります。

空気が乾燥しているほど水が蒸発できる余地が大きく、冷却効果も得やすくなります。

反対に、高温であっても外気湿度が高く、乾球温度と湿球温度との差が小さい場合には、蒸発によって下げられる温度幅も小さくなります。

理論上、蒸発冷却によって到達できる下限の目安は外気の湿球温度ですが、実際の設備ではパッド効率、通過風速、日射負荷などがあるため、湿球温度まで必ず冷却できるわけではありません。

パッドを通る風速も重要

ファンの能力を大きくすれば、冷却性能がそのまま高くなるわけではありません。

パッドを通過する風速が速くなりすぎると、空気と水が接触する時間が短くなり、空気1kg当たりの蒸発量や冷却効率が低下する場合があります。

一方で、風量そのものが増えれば、施設へ供給できる冷却空気量は増加します。

つまり、

「パッドの冷却効率」と「施設全体としての冷房能力」は同じものではありません。

パッド面積、通過風速、ファン風量を組み合わせて設計します。

温室の長さと温度むら

一般的なパッドアンドファンでは、冷却された空気がパッド側から入り、作物群落を通過して反対側の排気ファンへ移動します。

その間に日射で加熱された床面、構造材、栽培ベッド、植物群落などから熱を受けるため、パッド直後とファン側で同じ温度になるとは限りません。

施設が長い場合には、パッド側からファン側へ気温が上昇する温度勾配が大きくなることがあります。

パッド直後で測定した温度低下だけを、温室全体の冷房性能として評価してはいけません。

施設長、作物群落、換気量、気流経路まで確認する必要があります。

施設の気密性と空気の流れ

一般的な負圧式パッドアンドファンでは、排気ファンによって温室内部を負圧にし、外気を冷却パッドから取り入れます。

側窓、天窓、扉、被覆材の隙間などが大きく開いていると、パッドを通らない高温外気が施設内へ流入します。

その結果、本来期待した冷却性能が得られなくなる場合があります。

そのため、負圧式パッドアンドファンを使用するときは、ファンとパッドだけでなく、施設の開口部や気密性も設計対象になります。

簡易設置型パッドアンドファンとの違い

農研機構では、既存の中小規模ハウスへ導入しやすい簡易設置型パッドアンドファンも研究されています。

一般的な大型パッドアンドファンでは、施設の一方に大型パッド、反対側に排気ファンを配置し、施設全体に空気を流します。

簡易設置型では、小型の冷却パッドとファンを組み合わせ、側窓付近などから加湿冷却空気を局所的に供給する方式や、ダクトを利用して冷却空気を送る方式があります。

「パッドアンドファン」という名称でも、設備構成や冷却対象範囲は同じではありません。

大型施設全体を冷却する方式と、作物や作業空間へ局所的に冷却空気を供給する方式を区別して選定します。

パッドアンドファンと細霧冷房の違い

細霧冷房も、水の気化熱を利用する蒸発冷却方式です。

両者の大きな違いは、水を蒸発させる場所にあります。

パッドアンドファン

濡れた冷却パッドを外気が通過するときに水を蒸発させ、その冷却された空気を施設内へ導入します。

一般的な方式では、作物へ直接水滴を噴霧しません。

細霧冷房

微細な水滴を施設内などへ噴霧し、その水滴が空気中で蒸発するときの気化熱を利用します。

噴霧量、粒径、換気量、湿度などが適切でない場合には、水滴が完全に蒸発せず植物体や床面を濡らすことがあります。

どちらが優れているかは一律には決められません。

施設規模、外気条件、作物、水質、既存設備、必要な冷却能力などから選定します。

パッドアンドファンとエアコンの違い

ヒートポンプ・エアコンなどの空調設備とは冷却原理が異なります。

エアコンやヒートポンプは冷媒を利用した冷凍サイクルによって熱を施設外へ移動させます。

パッドアンドファンは、水を蒸発させて空気を冷却します。

パッドアンドファンは条件によって比較的少ないエネルギーで大きな空気量を処理できますが、高湿度条件では冷却能力が低下します。

一方、エアコンは蒸発冷却とは異なり湿球温度に直接制約されませんが、大規模な温室全体を冷房する場合には設備容量や消費電力が大きくなることがあります。

パッドアンドファンを選ぶときの確認項目

地域の夏季気象

導入予定地域の夏季日中における外気温と湿度を確認します。

月平均値だけでは不十分です。

実際に冷房を必要とする高温時間帯の乾球温度、相対湿度、湿球温度を確認します。

必要換気量

ハウスの床面積、容積、日射負荷などから必要な換気量を検討します。

既存ファンの能力だけで判断せず、施設全体を流れる実際の空気量を考えます。

パッド面積

必要風量に対してパッド面積が不足すると、パッド通過風速が過度に高くなる可能性があります。

メーカーや設計会社が示す適正通過風速の範囲を確認します。

施設の奥行き

施設が長いほど、パッド側からファン側へ移動する間に冷却空気が加熱されます。

大型施設では温度分布の設計が特に重要になります。

施設の気密性

負圧式では、パッド以外の場所から外気が大量に流入すると性能が低下します。

既存ハウスへ後付けするときは、天窓、側窓、出入口などを含めて確認します。

水源と水質

パッドを継続的に濡らすための水量を確保する必要があります。

水質によっては、パッドや配管に無機成分が析出したり、藻や汚れが発生したりすることがあります。

水源、水質、循環水管理、排水方法を確認します。

施設内湿度

パッドアンドファンは冷却と同時に空気を加湿します。

高温・乾燥時には有効でも、すでに高湿度の条件では冷却能力が小さくなり、施設内の湿度をさらに高める可能性があります。

温度だけでなく、飽差（VPD）や相対湿度も確認します。

導入時によくある失敗

「○℃下がる」という数字だけで選ぶ

最も避けるべき選定方法です。

温度低下量は外気温、湿度、湿球温度、パッド性能、風量、日射負荷などによって変化します。

特定の試験や施工事例で得られた温度低下量を、別地域・別施設でもそのまま得られるとは限りません。

ファンを大きくすればよいと考える

ファン風量だけを増やすと、パッド面積とのバランスが崩れ、通過風速が過大になる場合があります。

ファンとパッドは一体で選定します。

既存の開口部をそのまま開けて使用する

負圧式パッドアンドファンで側窓や天窓を大きく開放すると、パッドを通らない外気が流入します。

自然換気時とパッドアンドファン運転時では、開口部の運用方法が異なる場合があります。

水質を確認しない

パッドや配管へのスケール付着、藻、詰まりなどが起これば、濡れむらや通風抵抗増加の原因になります。

設備導入時に水質と維持管理方法まで確認します。

パッド付近だけで性能を判断する

パッド直後では大きな温度低下が得られても、施設奥まで同じ状態が維持されるとは限りません。

複数地点で温度・湿度を測定し、施設全体の環境分布を確認します。

細霧冷房やヒートポンプと導入費だけで比較する

設備価格だけでは方式の優劣を決められません。

外気湿度、冷却目標、施設構造、水・電力条件、運転時間、維持費、作物への影響を含めて比較します。

パッドの保守・点検

パッドアンドファンは、冷却パッドが均一に濡れ、必要な空気が通過する状態を維持しなければ性能が低下します。

主に次の項目を点検します。

• パッド全体が均一に濡れているか
• 給水孔や配管が詰まっていないか
• パッドにスケールや藻、ほこりが付着していないか
• 循環水槽に汚れが蓄積していないか
• ポンプの流量が低下していないか
• ファン、ベルト、シャッターなどに異常がないか
• パッドの破損・変形・目詰まりがないか

パッドの洗浄方法や交換時期は、材質・製品によって異なります。

強い薬剤や高圧洗浄によってパッドを傷める可能性もあるため、メーカー指定の管理方法を確認してください。

パッドアンドファンの製造・発売元

国内でパッドアンドファン方式のシステムや関連設備を公式に案内している企業があります。

製品名は「パッドアンドファン」だけでなく、「クールパッドシステム」「植物クーラーシステム」などメーカーによって異なります。

また、メーカー自社製造だけでなく、設備設計・販売・施工を行う企業も含まれます。

メーカー・製品情報について：
掲載内容は各社が公開している情報を基に整理しています。パッドアンドファンは、施設規模や構造に合わせた設計・施工を伴うシステムが多く、掲載製品を購入すればそのまま使用できるとは限りません。対応可能な施設規模、必要換気量、パッド面積、電源、水源、制御方式、施工範囲などは各メーカー・販売会社へ確認してください。

関連する資材分類・農業用語

• 温室機器･ハウス設備機器
• 空調設備（エアコン他）
• 農事用換気扇（農業用換気扇）
• 循環扇
• パッドアンドファン
• 細霧冷房
• 飽差（VPD）
• 相対湿度
• 環境制御
• 太陽光利用型植物工場

参考資料

• 農研機構「小規模施設園芸における簡易設置型パッドアンドファンシステムの利用法」
• 農研機構「小規模施設園芸における簡易設置型パッドアンドファンシステムの利用法マニュアル増補版」
• 農研機構「簡易設置型パッドアンドファンによるハウス内暑熱環境改善」

設備選定について：
パッドアンドファンの冷却能力は、外気温だけでなく湿球温度、外気湿度、パッド性能、通過風速、換気量、施設の気密性、施設長、日射負荷、作物群落などによって変化します。「○℃冷却できる」という数値だけを基準に設備を選定せず、設置地域の気象条件と対象施設で必要能力を確認してください。