第六章溫室補光

第六章溫室補光第一節(jié)光照的基本概念一、光照術語二、光照單位之間的換算一、光照術語1.輻射強度以電磁波或光量子形式發(fā)射、傳播或接收的能量叫做輻射能，用符號Q表示，單位為焦耳(J)。在單位時間內(nèi)發(fā)射、傳播或吸收的輻射能叫做輻射通量，用符號Ф表示。對于點輻射源在單位立體角發(fā)出的輻射能通量稱為點光源在這個方向上的點輻射強度，用Ie表示，單位為瓦／球面度(W/sr)。立體角ω=A/r2(sr)

Ie=Фe/ω

透射到某表面上的輻射通量Ф與該表面面積A之比，稱為該表面接受或吸收的輻射強度，用I表示，單位為W/m2，即一、光照術語2.照度能見度：可見光使人感覺的明亮程度稱為能見度。它用光通量與輻射通量之比表示，單位是lm/W。能見度在波長555nm處最大，稱為最大能見度，其值為683lm/W.相對能見系數(shù)：其他波長的能見度與最大能見度之比在光照強度波長范圍內(nèi)的輻射通量稱為光通量F（單位流明，lm）國際單位規(guī)定：在標準空氣中，單位立體角通過1／683w555nm波長的單色輻射作為光通量的計量單位，單位為流明發(fā)光強度：某方向每單位立體角的光通量，符號I，單位是坎德拉（cd）

I=F/ω1cd=1lm/sr光學上將人的視覺器官接收光的刺激而產(chǎn)生視覺的波長范圍內(nèi)的輻射強度稱為照度。它等于達或通過某單位面積的光通量（單位勒克斯，lx=lm/m2）3.量子流密度因量子的能量與其波長成反比，故在研究光電效應與光化學反應如光合作用與光照的關系中，應該以量子流密度作為計量光輻射的單位。一、光照術語一個量子所具有的能量[q(λ),J]為

q(λ)=h·Cλh—普朗克常數(shù)，6.625＊1023J·SC—光速，2.998＊

108m/sλ—波長，m在討論輻射能量子概念時，規(guī)定單位時間內(nèi)到達或通過單位面積的摩爾量子數(shù)，定義為量子流密度，單位為愛因斯坦(E)或微愛因斯坦(μE)。1μE=1μmol/m2.s二、光照單位之間的換算

光照度、輻射照度、光量子流密度等與光譜能量分布密切相關，幾者之間無固定的比例關系。

只有在確定的光譜能量分布情況下，才有明確的相關關系。一般天氣自然（太陽）光照情況下幾種光照度量單位的近似換算關系

光合有效輻射照度W/m2光合有效光量子流密度mmol/m2.s對應的太陽總輻射照度W/m2光照度1klx

≈4.2(4)16.810

klx數(shù)×4≈W/m2W/m2×4≈mmol/m2.s光照度LxPARW/m2PPFDmmol/m2.s光補償點100～40000.4～171.7～67光飽和點陽性植物（番茄、黃瓜、西瓜、甜瓜、葡萄、櫻桃、桃等）60000～90000250～3801000～1500中性植物（茄子、甜椒、草莓、甘藍、白菜、蘿卜等）40000～60000170～250680～1000陰性植物（蘭科、觀葉類、姜科、天南星、秋海棠科花卉、葉菜等）25000～40000100～170400～680一些植物的光補償點與光飽和點的大致數(shù)值平均透光率40%～50%的連棟溫室室內(nèi)12000～2500048～105200～420

光照度（lx）光合有效輻射PAR（W/m2）光合有效光量子流密度PPFD（mmol/m2·s）冬季晴天正午室外光照強度30000～50000120～210500～840平均透光率50%～70%的日光溫室室內(nèi)15000～3500060～147250～588多數(shù)陽性植物最低光照強度要求

2000080300北京地區(qū)冬季晴天正午溫室內(nèi)外光照強度條件與植物對光照強度要求的比較第二節(jié)人工光源的種類和選擇一、人工光源的選擇標準二、溫室常用人工光源一、人工光源的選擇標準光譜性能400-500nm和600-700nm發(fā)光效率光源發(fā)出的光能與光源所消耗的電功率之比其他因素（壽命、價格、安裝維護）白熾燈是熱輻射，紅外線比例較大，發(fā)光效率低，但價格便宜，主要應用于光周期的照明光源；熒光燈發(fā)光效率高、光色好、壽命長、價格低，但單燈功率較小，只用于育苗；高壓水銀燈功率大、壽命長、光色好，適合溫室補光；金屬鹵化物等具有光效高、光色好、壽命長和功率大的特點，是理想的人工補光光源。二、溫室常用人工光源人工光源的種類熱輻射光源：白熾燈、鹵鎢燈

鎢絲中通過電流產(chǎn)生高溫（2400～

3000℃）發(fā)光氣體放電光源：熒光燈、高壓水銀熒光燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈

物質原子受電子激發(fā)產(chǎn)生光輻射。白熾燈結構簡單、價格便宜，光照強度易于調(diào)節(jié)；

輻射光譜主要在紅外范圍，可見光所占比例很小，發(fā)光效率低，且紅光偏多，藍光偏少；

壽命短（1000小時）。不宜用作光合補光但可作光周期補光鹵鎢燈其發(fā)光原理基本與白熾燈相似，是在燈泡或燈管中充以少量的鹵素，如碘或溴的蒸氣制成。使用壽命比白熾燈長1倍多，發(fā)光的功率提高，發(fā)光效率也有所提高。熒光燈低壓氣體放電燈

光譜性能好，發(fā)光效率較高，壽命長。線光源，功率小，滿足一定光照強度所需燈具多。目前在園藝設施補光中使用較多，尤其是用于組培室中的人工光照。高壓水銀燈高強度放電燈主要產(chǎn)生藍白光，很少有紅光。光色較差，改進：高壓水銀熒光燈使用較少金屬鹵化物燈由高壓水銀燈發(fā)展而來，它是由一個透明玻璃外殼和一根耐高溫的石英玻璃放電內(nèi)管組成，其外形和高壓水銀燈相似，不同之處在于放電管內(nèi)除充高壓水銀蒸氣外，還增加了各種金屬鹵化物

發(fā)光效率較高，功率大；光色好（可改變金屬鹵化物組成滿足不同需要）；

壽命較高（數(shù)千小時）。使用較多高壓鈉燈

發(fā)光效率高，功率大；

光譜分布范圍較窄，黃橙光為主；

壽命高（12000～20000小時）。目前在園藝設施補光中使用較多。

低壓鈉燈

發(fā)光效率很高，功率大；

光色為單一的589nm黃色光；

壽命高（平均壽命18000小時）。光色單一，很少單獨使用，但可與其他光源配合使用。幾種人工光源的發(fā)光效率及光照強度換算注：①發(fā)光二極管光效率高于白熾燈、低于熒光燈；②微波放電燈效率最高人工光源的應用第三節(jié)人工光照的計算與調(diào)節(jié)一、光源的類型二、點光源逐點計算法三、單位容量法四、利用系數(shù)法一、光源的類型點光源線光源面光源帶狀光源一、光源的類型當計算點與光源的距離大于光源最大邊或直徑的5倍時，該光源可按點光源計算。當光源的寬度與其長度相比小得多，且計算高度小于光源長度的4倍時，光源可按線光源計算。二、點光源逐點計算法E-點光源S對平面P上元面積dA的光照度I-點光源的發(fā)光強度θ-點光源S在被照平面P上的入射角d-光源S到平面P的距離由多點光源產(chǎn)生的照度等于每一光源分別產(chǎn)生照度的總和。由于點光源是安裝在一定高度分散布置的，所以照射到溫室栽培面上各點的光照肯定是不均勻的，這在很大程度上會影響溫室作物生長的一致性.因此，在光照設計中除滿足光照強度的要求外，還要求必須保證一定的光照均勻度。人工光照中將最小照度(Emin)與最大照度(Emax)之比(Emin/

Emax)定義為光照均勻度，一般要求光照均勻度應不小于0.7。

三、單位容量法單位容量法主要用于估算照明負荷總容量。在溫室透光覆蓋材料相同或材料的內(nèi)表面反光性能接近時，只要照度相同，則它的單位工作面積上所需要的照明設備的總容量是比較穩(wěn)定的。為達到設定平面上的照度E，必須配置的照明設備的單位功率容量為W—達到設計照度E所需照明設備總容量,W/m2E—設定平面設計光照強度，lxq—光源有效光照量，lm/W四、利用系數(shù)法利用系數(shù)法是一種簡化的計算栽培床面平均照度的一種方法。其計算公式為利用系數(shù)(U)，是指從照明燈具放射出來的光束有百分之多少到達地板和作業(yè)臺面,所以與照明燈具的設計、安裝高度、房間的大小和反射率的不同相關,照明率也隨之變化。如常用燈盤在3米左右高的空間使用，其利用系數(shù)可取0.6--0.75之間；而懸掛燈鋁罩，空間高度6--10米時，其利用系數(shù)取值范圍在0.7--0.45；筒燈類燈具在3米左右空間使用，其利用系數(shù)可取0.4--0.55；而像光帶支架類的燈具在4米左右的空間使用時，其利用系數(shù)可取0.3--0.5。以上數(shù)據(jù)為經(jīng)驗數(shù)值，只能做粗略估算用，如要精確計算具體數(shù)值需由公司書面提供，相關參數(shù)，在此僅做參考。第四節(jié)光照測量與控制一、光照測量二、光照控制第四節(jié)光照測量與控制一、光照測量（一）輻射表測定光輻射的儀器主要是以測定吸收輻射所產(chǎn)生的熱量為基礎?？傒椛浔?、直射輻射表、散射輻射表總輻射表測量的輻射光譜范圍為300—3000nm，受光面為平面，上面覆蓋半球形玻璃罩，接受來自平面以上半球范圍內(nèi)的輻射。散射輻射測量散射輻射的測定也是利用總輻射表。為了能夠測到天空半球的散射輻射，儀器應水平安置，然后用固定在金屬支桿頂端的圓片遮擋太陽直射光線使產(chǎn)生的陰影正好落在總輻射表的半圓球罩上。也有采用遮光環(huán)的，可以省去隨太陽陰影的移動而要經(jīng)常調(diào)節(jié)遮光圓片位置的麻煩，但需進行散射輻射測定值的修正，因為遮光環(huán)還遮掉了一大部分不應遮的天空。直射輻射的數(shù)值，可以用總輻射數(shù)值減去散射輻射而獲得。但在溫室補光設計中一般常用總輻射，很少獨立使用直射輻射和散射輻射。第四節(jié)光照測量與控制一、光照測量（二）照度計

照度計是專用于測量光照度的儀表，測量的單位是lx第四節(jié)光照測量與控制一、光照測量（三）光量子儀光量子儀是專用于測定作物接收光量子數(shù)的儀表，其測定的單位是每平方米單位時間內(nèi)的微愛因斯坦數(shù)[μE／(m2·s)]。主要用于研究作物光合作用。第四節(jié)光照測量與控制二、光照控制（一）光照強度控制1.無外界自然光時2.有外界自然光時（一）光照強度控制1.無外界自然光時對人工補光的控制可省去對光照的測量，而僅用時間控制即可完成，按照設計功率定時完成對光源的開啟或關閉。（一）光照強度控制2.有外界自然光時首先要通過光照傳感器獲得溫室內(nèi)光照強度的變化，由于室內(nèi)光照可能會受到短時云層遮蓋或骨架陰影等因素的影響、溫室光照控制不能以傳感器測得的瞬時值作為控制的依據(jù)，一般應以一段時間內(nèi)的平均值、最高值或延時測定值等作為控制依據(jù)。當測定到光照強度控制值低于設定位下限后開