温室

温室が開発される以前は、農業は天候条件に制約されていました。地域の気候帯に応じて、人々は植物を栽培できる特定の種類の植物と時期が限られていました。しかし、紀元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。^{[ 6 ]}ティベリウス帝の健康状態が悪化したため、王室の医師たちは皇帝に1日に1本のキュウリを食べるよう勧めました。^{[ 6 ]}しかし、キュウリは非常に繊細な植物で、一年中簡単には育ちません。そのため、ローマ人は皇帝が一年中キュウリを入手できるように、温室のような人工環境を設計しました。キュウリは車輪付きのカートに植えられ、毎日太陽の下に置かれ、夜は暖かく保つために屋内に移動されました。大プリニウスの記述によると、キュウリはフレームの下、またはスペキュラリアと呼ばれる油布かセレナイト（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に保管されていた。^{[ 7 ] [ 8 ]}

温室設計における次の大きなブレークスルーは、15世紀の朝鮮王朝時代に韓国からもたらされました。1450年代、順義殿は『温室草録』という書物の中で、人工的に加熱された最初の温室について記述しました。^{[ 9 ]}順義殿は王室の医師であり、『温室草録』は貴族に重要な農業と家事の知識を提供することを目的としていました。^{[ 9 ]}農業技術の章の中で、順義殿は冬に野菜やその他の植物を栽培できる温室の作り方を記しました。^{[ 9 ]}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ます。 ^{[ 9 ]}オンドルは、床下の熱源から煙突管を通す韓国の家庭空間で使用される暖房システムです。^{[ 9 ]}オンドルに加えて、水を入れた大釜も加熱され、蒸気を発生させて温室内の温度と湿度を高めました。^{[ 9 ]}これらの韓国の温室は、太陽から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。^{[ 3 ]}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土壁などの受動的な暖房方法が含まれていましたが、炉によって人工環境をより細かく制御できるようになりました。^{[ 9 ]}朝鮮王朝の年代記には、 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取り入れた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。 ^{[ 9 ]}

温室の概念は、植物とともに17世紀にオランダ、そしてイギリスにも現れました。初期の試みの中には、夜間に閉じたり冬支度をしたりするのに膨大な労力を要するものもありました。初期の温室では、適切でバランスの取れた熱を供給することに深刻な問題がありました。イギリスで最初の「ストーブ」（暖房付き）温室は、1681年までにチェルシー薬草園に完成しました。 ^{[ 10 ]}今日、オランダには世界最大級の温室が数多くあり、その巨大さゆえに毎年何百万もの野菜を生産できるものもあります。

17世紀のヨーロッパでは、技術の進歩によってより良質なガラスが生産され、建築技術も向上したため、温室の設計に関する実験が続けられた。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あり、長さ150メートル（490フィート）以上、幅13メートル（43フィート） 、高さ14メートル（46フィート）にも及んだ。   

裕福なボストンの商人アンドリュー・ファニュエルは、1737年にアメリカで最初の温室を建設した。^{[ 11 ]}

戦争後マウントバーノンに戻ったジョージ・ワシントンは、メリーランド州マウントクレアにあるキャロル家の邸宅に建てられた温室のことを知った。この温室は、柑橘類を栽培していた勤勉な庭師、マーガレット・ティルグマン・キャロルによって設計されたものだった。^{[ 12 ]} 1784年、ワシントンは彼女に温室の設計の詳細を尋ねる手紙を書き、彼女はそれに応じた。ワシントンは次のように書いている。

この秋に温室の仕上げに挑戦するつもりですが、私自身も周りの人も、内部構造に関しては、少なくとも何らかのミスに遭遇する可能性なしに進めるほど熟練しているわけではないことが分かりました。そのため、キャロル夫人の温室について簡単に説明していただけないでしょうか。今になって、自分の温室を縮小しすぎたと確信しています。私の家は（レンガ造りで）外寸が40フィート×24フィートです… ^{[ 13 ]}

フランスの植物学者シャルル・リュシアン・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最初の実用的な近代的な温室を建設した人物としてしばしば評価されている。 ^{[ 14 ]} 当初は富裕層の邸宅にのみ設置されていた温室は、植物学の発展に伴い大学にも広まった。フランス人は最初の温室をオレンジの木を凍害から守るために使用していたことから、オレンジ園と呼んだ。パイナップルが人気になると、パイナップル栽培用の温室、またはパイナップルピットが建設された。

これまでに構想された中で最大の温室は、ヴィクトリア朝時代に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、温室の目的は農業から園芸へと変化しました。^{[ 15 ]}植民地間で植物と園芸知識が急速に伝播したことが、ヴィクトリア朝時代の「異国風」の植物や環境への関心を高めました。^{[ 16 ]}温室は一般大衆を楽しませるための見世物となりました。温室内のキュレーションされた環境は、「理想化された風景に対する西洋人の想像力」を捉え、文化的「他者」の幻想を支えることを目的としていました。^{[ 16 ]}その結果、植物のコレクションは世界の真の反映であると信じられていましたが、実際には、イギリスの植民地がどこにあり、その権威がどこまで及んでいるかを象徴する「異国風」の植物のステレオタイプな配置でした。^{[ 15 ]}イギリスの覇権を維持するために、温室は植民地支配の力の象徴となり、「植民地化された環境と植物の絶対的な支配」を誇示し、植物をイギリス帝国の力の象徴として利用した。^{[ 17 ]}

19 世紀の代表的なデザインは、大きな木を育てるのに十分な高さを持つ温室で、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象徴していました。この技術は、鉄道駅、市場、展示ホール、その他、広い開放的な内部空間を必要とする大型建築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 ラニヨンによって設計されたこの建物は 1840 年に完成しました。鉄工職人のリチャード ターナーによって建設されました。彼は後に1848 年にロンドンのキュー王立植物園のキュー ガーデンにパーム ハウスを建設しました。これは、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 ～ 40 年) の直後、クリスタル パレス(1851 年) の直前に建てられたもので、どちらも現在は失われています。^{[ 18 ]}

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、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年～1895年）などがある。日本では、最初の温室は1880年に、薬草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建てられた。

20世紀には、ジオデシックドームが多くの種類の温室に加わりました。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^{[ 19 ]}、ミズーリ州セントルイスのミズーリ植物園のクライマトロン、トヨタ自動車製造ケンタッキー^{[ 20 ]}などがあります。ピラミッドも、大型で背の高い温室によく使われる形状です。アルバータ州のマタート温室には、ピラミッド型の温室がいくつかあります（1976年頃）。

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したことで、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によって製造され、栽培者自身が製作することもよくありました。アルミニウム押出材、特殊な亜鉛メッキ鋼管、あるいは単に鋼管やPVC管などを用いて建設されたため、建設コストは大幅に削減されました。その結果、小規模農場や園芸センター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抑制剤が開発され、ポリエチレンフィルムに添加されるようになったことで、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年以上へと延びました。

1980年代から1990年代にかけて、樋で連結された温室が普及しました。これらの温室は、共通の壁または支柱の列で連結された2つ以上の区画から構成されています。床面積と外壁面積の比率が大幅に増加したため、暖房に必要なエネルギーが削減されました。現在、樋で連結された温室は、生産現場だけでなく、植物を栽培して一般消費者に販売する場でも広く利用されています。樋で連結された温室は、一般的に構造化されたポリカーボネート素材、または暖房効率を高めるために空気を吹き込んだ二重のポリエチレンフィルムで覆われています。

換気は、温室栽培の成功において最も重要な要素の一つです。適切な換気が行われないと、温室やそこで栽培される植物に様々な問題が発生する可能性があります。換気の主な目的は、温度と湿度を最適なレベルに調整し、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、換気は光合成や植物の呼吸に必要な新鮮な空気の供給を確保し、重要な受粉媒介者が温室の作物にアクセスできるようにする役割も果たします。

換気は、多くの場合コンピューターで自動制御される通気口と循環ファンを使用して実現できます。^{[ 24 ]}

暖房や電気代は、世界中の温室の運営において最も大きなコストの一つであり、特に寒冷地では顕著です。不透明な壁を持つ建物とは異なり、温室を暖房する際の主な問題は、温室の覆いを通して失われる熱量です。覆いは光を透過させる必要があるため、逆に断熱性はあまり高くありません。従来のプラスチック製の温室覆いのR値は約2であるため、失われた熱を継続的に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、補助暖房が必要な場合、天然ガスまたは電気炉を使用します。^{[ 25 ]}

受動的な暖房方法には、少ないエネルギー入力で熱を得る方法があります。太陽エネルギーは、比較的豊富な時間帯（日中/夏）に捕捉し、涼しい時間帯（夜間/冬）に放出して温度を上げることができます。^{[ 26 ]}家畜からの廃熱は温室の暖房に使用できます。たとえば、鶏小屋を温室内に設置すると、鶏が発生させる熱を回収でき、そうでなければ無駄になる熱を回収できます。^{[ 27 ] [ 28 ]}温室の中には地熱暖房に頼っているものもあります。^{[ 29 ]}

冷却は、温室内の植物にとって温度が高くなりすぎた場合に温室内の窓を開けることで行われるのが一般的です。これは手動で行うことも、自動で行うこともできます。窓アクチュエータは温度差によって窓を開けることも、電子制御装置によって開けることもできます。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ものから、大規模な温室ではより複雑なものまであります。^{[ 30 ]}

非常に暑い状況では、日陰を作ることで涼しさを提供する日よけ小屋を使用することができます。

日中は、温室の窓から光が入り、植物に利用されます。一部の温室には、植物が受ける光量を増やすために夜間に点灯する育成ライト（多くの場合LEDライト）も設置されており、特定の作物の収穫量を増加させています。^{[ 31 ]}

温室栽培において二酸化炭素濃度を約1100ppmまで高めることで植物の成長を促進できるという利点は、ほぼ100年前から知られています。 ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]}二酸化炭素を段階的に制御して高める装置が開発されてから、この技術はオランダで広く普及しました。^{[ 35 ]}ジギタリス・ラナタに含まれる強心配糖体などの二次代謝産物は、温室栽培の温度と二酸化炭素濃度を高めることでより多く生産されます。[36] 二酸化炭素濃度を高めることで、^{植物の成長}に必要な炭素を供給するために必要な総空気流量を緩和し、蒸発による水の損失量を減らすことで、温室の水使用量を大幅に削減することもできます。^{[ 37 ]}現在、商業用温室は相互利益のために適切な産業施設の近くに設置されることが多くなっています。例えば、英国のコーナーウェイズ・ナーサリーは、主要な製糖工場の近くに戦略的に配置されており^{[ 38 ]} 、製糖工場から発生する廃熱とCO2を消費しています。これら_は本来であれば大気中に放出されるものです。製糖工場は炭素排出量を削減し、ナーサリーはトマトの収穫量が増加し、独自の温室暖房を用意する必要がなくなります。

富化は、リービッヒの法則により二酸化炭素が制限要因となった場合にのみ効果を発揮します。管理された温室では、灌漑はごくわずかで済み、土壌はデフォルトで肥沃になる可能性があります。管理の行き届いていない庭や露地では、CO ₂レベルの上昇は、土壌の枯渇に至るまで一次生産を増加させるだけです(干ばつ^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}、洪水^{[ 42 ]} 、またはその両方^{[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]}がないと仮定した場合)。これは、 CO _{2レベルが上昇し続けることによって}一見して示されています。さらに、実験室実験、自由大気炭素富化 (FACE) 試験区画^{[ 48 ] [ 49 ]}、および野外測定により再現性が提供されます^{[ 50 ] [ 51 ]}。

英国やその他の北欧諸国では、歴史的に「ダッチライト」と呼ばれる園芸用ガラス板が標準的な建築単位として使用されてきました。その寸法は28 + 3/4インチ × 56インチ (730 mm × 1,420 mm)です。このサイズは、現代の家庭用温室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実現します。小さなガラス板を使用すると、温室全体のサイズが同じでも、より多くの支持構造が必要になります。傾斜した側面（軒の高さよりも底辺が広くなる）を持ち、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も、「ダッチライトデザイン」と呼ばれることがよくあります。また、全面または半分のガラス板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。       

高緯度の寒冷地で作物を栽培できるようにするための特殊な設計が存在する。瀋陽などの中国北部地域では、傾斜型ソーラー温室が作物の効率的な受動加熱に使用されている。^{[ 59 ]}この加熱は、能動加熱要素が無効になっている場合でも、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る。^{[ 59 ]}このタイプの温室は1978年に初めて建設され、1980年代に人気が高まった。^{[ 28 ]}

オランダには世界最大級の温室がいくつかあります。同国の食料生産規模は非常に大きく、2017年には温室が約5,000ヘクタールを占めていました。^{[ 67 ]}

オランダのウェストランド地方では、19 世紀半ばに温室が建設され始めました。湿地や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ました。最初の温室は、片側が壁になっているシンプルなガラス構造でした。20 世紀初頭には、温室はすべての面がガラスでできており、暖房も導入されるようになりました。これにより、この地域では通常栽培できない果物や野菜の生産も可能になりました。今日、ウ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す。^{[ 68 ]}ウェストランド地方では主に野菜が生産されていますが、植物や花も生産されています。アールスメールは主に花や鉢植え植物の生産で知られています。20 世紀以降、フェンロー周辺地域とドレンテ地方の一部も温室農業の重要な地域となっています。

2000年以降、技術革新として「密閉型温室」が登場した。これは完全に密閉されたシステムで、栽培者はエネルギー消費量を抑えながら栽培プロセスを完全に制御できる。水上温室は、国内の水域で利用されている。

オランダには約4,000の温室企業があり、9,000ヘクタール以上の温室を運営し^{[ 69 ]}、約15万人の労働者を雇用し、72億ユーロ^{[ 70 ]}相当の野菜、果物、植物、花を生産しており、その約80%が輸出されている^{[ 71 ] [ 72 ] 。}