第六章溫室補光

1、第六章第六章 溫室補光溫室補光第一節(jié)第一節(jié) 光照的基本概念光照的基本概念一、光照術(shù)語一、光照術(shù)語二、光照單位之間的換算二、光照單位之間的換算一、光照術(shù)語一、光照術(shù)語1. 輻射強度輻射強度以電磁波或光量子形式發(fā)射、傳播或接收的以電磁波或光量子形式發(fā)射、傳播或接收的能量叫做能量叫做輻射能輻射能，用符號，用符號Q表示，單位為焦表示，單位為焦耳耳(J)。在在單位時間單位時間內(nèi)發(fā)射、傳播或吸收的輻射能叫內(nèi)發(fā)射、傳播或吸收的輻射能叫做做輻射通量輻射通量，用符號，用符號表示。表示。 對于點輻射源在單位立體角發(fā)出的輻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射能通量稱為點光源在這個方向上

2、的點點輻射強度輻射強度，用，用Ie表示，單位為瓦球表示，單位為瓦球面度面度(W/sr)。立體角立體角=A/r=A/r2 2(sr)(sr) Ie= e/ 透射到某表面上的輻射通量透射到某表面上的輻射通量與該表與該表面面積面面積A之比，稱為該表面接受或吸收之比，稱為該表面接受或吸收的的輻射強度輻射強度，用，用 I 表示，單位為表示，單位為W/m2，即即一、光照術(shù)語一、光照術(shù)語2. 照度照度 能見度：可見光使人感覺的明亮程度稱為能見度：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，能見度。它用光通量與輻射通量之比表示，單位是單位是 lm/W。 能見度在波長能見度在波長555nm

3、處最大，稱為最大能處最大，稱為最大能見度，其值為見度，其值為 683 lm/W. 相對能見系數(shù)：其他波長的能見度與相對能見系數(shù)：其他波長的能見度與最大能見度之比最大能見度之比 在光照強度波長范圍內(nèi)的輻射通量稱在光照強度波長范圍內(nèi)的輻射通量稱為光通量為光通量F（單位流明，（單位流明，lm） 國際單位規(guī)定：在標(biāo)準(zhǔn)空氣中，單位國際單位規(guī)定：在標(biāo)準(zhǔn)空氣中，單位立體角通過立體角通過1683w 555nm波長的單波長的單色輻射作為光通量的計量單位，單位色輻射作為光通量的計量單位，單位為流明為流明 發(fā)光強度：某方向每單位立體角的發(fā)光強度：某方向每單位立體角的光通量，符號光通量，符號 I，單位是，單位是 坎德

4、拉坎德拉（cd） I=F/ 1cd=1 lm/sr光學(xué)上將人的視覺器官接收光的刺激而光學(xué)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為照度。它等于達或通過某單位面積的光通量（單位勒克斯，的光通量（單位勒克斯，lx=lm/m2）3. 量子流密度量子流密度 因量子的能量與其波長成反比，故在因量子的能量與其波長成反比，故在研究光電效應(yīng)與光化學(xué)反應(yīng)如光合作研究光電效應(yīng)與光化學(xué)反應(yīng)如光合作用與光照的關(guān)系中，應(yīng)該以用與光照的關(guān)系中，應(yīng)該以量子流密量子流密度度作為計量光輻射的單位。作為計量光輻射的單位。一、光照術(shù)語一、光照術(shù)語

5、 一個量子所具有的能量一個量子所具有的能量q(),J為為 q()=h C h普朗克常數(shù)，普朗克常數(shù)，6.6251023JS C光速，光速，2.998 108m/s 波長，波長，m在討論輻射能量子概念時，規(guī)定在討論輻射能量子概念時，規(guī)定單位時單位時間間內(nèi)到達或通過內(nèi)到達或通過單位面積單位面積的摩爾量子的摩爾量子數(shù)，定義為量子流密度，單位為愛因數(shù)，定義為量子流密度，單位為愛因斯坦斯坦(E)或微愛因斯坦或微愛因斯坦(E)。E =1二、光照單位之間的換算二、光照單位之間的換算 k lx數(shù)數(shù) 4 W/m2 W/m2 4 m mmol/m2.s 光照度光照度LxPARW/m2 PPFDm mmol/m2.

6、s光光 補補 償償 點點10040000.4171.767光光飽飽和和點點陽性植物陽性植物（番茄、黃瓜、西瓜、甜（番茄、黃瓜、西瓜、甜瓜、葡萄、櫻桃、桃等）瓜、葡萄、櫻桃、桃等）600009000025038010001500中性植物中性植物（茄子、甜椒、草莓、甘（茄子、甜椒、草莓、甘藍、白菜、蘿卜等）藍、白菜、蘿卜等）40000600001702506801000陰性植物陰性植物（蘭科、觀葉類、姜科、（蘭科、觀葉類、姜科、天南星、秋海棠科花卉、葉菜等）天南星、秋海棠科花卉、葉菜等）2500040000100170400680平均透光率平均透光率40%50%的的連棟溫室室內(nèi)連棟溫室室內(nèi)1200

7、02500048105200420 光照度（光照度（lx）光合有效輻射光合有效輻射PAR（W/m2）光合有效光合有效光量子流密度光量子流密度PPFD（m mmol/m2s）冬季晴天正午室外光照強度冬季晴天正午室外光照強度30000 50000120 210500 840平均透光率平均透光率50%70%的的日光溫室室內(nèi)日光溫室室內(nèi)150003500060147250588多數(shù)陽性植物多數(shù)陽性植物最低光照強度要求最低光照強度要求 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與植物對光照強度要求的比較第二節(jié)第二節(jié) 人工

8、光源的種類和選擇人工光源的種類和選擇 一、人工光源的選擇標(biāo)準(zhǔn)一、人工光源的選擇標(biāo)準(zhǔn) 二、溫室常用人工光源二、溫室常用人工光源一、人工光源的選擇標(biāo)準(zhǔn)一、人工光源的選擇標(biāo)準(zhǔn) 光譜性能光譜性能 400-500nm 和和 600-700nm 發(fā)光效率發(fā)光效率 光源發(fā)出的光能與光源所消光源發(fā)出的光能與光源所消耗的電功率之比耗的電功率之比 其他因素（壽命、價格、安裝維護）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(yīng)用于光周期效率低，但價格便宜，主要應(yīng)用于光周期的照明光源；的照明光源； 熒光燈發(fā)光效率高、光色好、壽命長、

9、價熒光燈發(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；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，適高壓水銀燈功率大、壽命長、光色好，適合溫室補光；合溫室補光； 金屬鹵化物等具有光效高、光色好、壽命金屬鹵化物等具有光效高、光色好、壽命長和功率大的特點，是長和功率大的特點，是理想的人工補光光理想的人工補光光源源。二、溫室常用人工光源二、溫室常用人工光源幾種人工光源的發(fā)光效率及光照強度換算注：發(fā)光二極管光效率高于白熾燈、低于熒光燈；微波放電燈效率最高用用 途途 目目 的的 選選 用用 光光 源源 菊菊花花、康康乃乃馨馨等等開開花花期期的的控控制制 白白熾

10、熾燈燈 防防止止草草莓莓休休眠眠 白白熾熾燈燈 紫紫蘇蘇、薄薄菏菏等等延延長長明明期期 白白熾熾燈燈 蘑蘑菇菇培培養(yǎng)養(yǎng) 熒熒光光燈燈（白白色色、近近紫紫外外） 一一般般園園藝藝設(shè)設(shè)施施 （光光周周期期與與光光質(zhì)質(zhì)調(diào)調(diào)控控為為主主） 果果樹樹補補光光（著著色色等等） 高高壓壓鈉鈉燈燈、金金屬屬鹵鹵化化物物燈燈、熒熒光光燈燈 秋秋海海棠棠、蘭蘭花花等等補補光光 高高壓壓鈉鈉燈燈、金金屬屬鹵鹵化化物物燈燈 葉葉菜菜、果果菜菜栽栽培培補補光光 高高壓壓鈉鈉燈燈 日日光光兼兼用用型型植植物物工工廠廠 （光光合合補補光光為為主主） 育育苗苗補補光光 高高壓壓鈉鈉燈燈 全全人人工工光光照照植植物物工工廠廠

11、葉葉菜菜栽栽培培 高高壓壓鈉鈉燈燈金金屬屬鹵鹵化化物物燈燈、熒熒光光燈燈（近近距距照照明明） 人人工工氣氣候候箱箱 金金屬屬鹵鹵化化物物燈燈、金金屬屬鹵鹵化化物物燈燈高高壓壓鈉鈉燈燈 植植物物育育種種、培培養(yǎng)養(yǎng)研研究究 熒熒光光燈燈白白熾熾燈燈、氙氙燈燈、發(fā)發(fā)光光二二級級管管 植植物物組組織織培培養(yǎng)養(yǎng) 熒熒光光燈燈 生生物物實實驗驗研研究究設(shè)設(shè)施施 需需強強光光照照的的植植物物栽栽培培研研究究(水水稻稻等等) 微微波波放放電電燈燈 辦辦公公室室、門門廳廳等等 金金屬屬鹵鹵化化物物燈燈 商商店店、住住宅宅等等 熒熒光光燈燈 植植物物觀觀賞賞 水水槽槽 金金屬屬鹵鹵化化物物燈燈、熒熒光光燈燈 第三

12、節(jié)第三節(jié) 人工光照的計算與調(diào)節(jié)人工光照的計算與調(diào)節(jié)一、光源的類型一、光源的類型二、點光源逐點計算法二、點光源逐點計算法三、單位容量法三、單位容量法四、利用系數(shù)法四、利用系數(shù)法一、光源的類型一、光源的類型 點光源點光源 線光源線光源 面光源面光源 帶狀光源帶狀光源一、光源的類型一、光源的類型 當(dāng)計算點與光源的距離大于光源最大邊或當(dāng)計算點與光源的距離大于光源最大邊或直徑的直徑的5倍時，該光源可按點光源計算。倍時，該光源可按點光源計算。 當(dāng)光源的寬度與其長度相比小得多，且計當(dāng)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算高度小于光源長度的4倍時，光源可按線倍時，光源可按線光源計算。光源計算

13、。二、點光源逐點計算法二、點光源逐點計算法 E-點光源點光源S對平面對平面P上元面積上元面積dA的光照度的光照度 I-點光源的發(fā)光強度點光源的發(fā)光強度 -點光源點光源S在被照平面在被照平面P上的上的入射角入射角 d- 光源光源S到平面到平面P的距離的距離由多點光源產(chǎn)生的照度等于每一光源分別產(chǎn)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。生照度的總和。由于點光源是安裝在一定高度分散布置的，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作物生

14、長的一致性.因此，在光照設(shè)計中除滿足光照強度的要求因此，在光照設(shè)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。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人工光照中將最小照度(Emin)與最大照度與最大照度(Emax)之比之比(Emin/ Emax)定義為光照均勻度，定義為光照均勻度，一般要求光照均勻度應(yīng)不小于一般要求光照均勻度應(yīng)不小于0.7。 三、單位容量法三、單位容量法 單位容量法主要用于估算照明負荷總?cè)萘?。單位容量法主要用于估算照明負荷總?cè)萘俊Ｔ跍厥彝腹飧采w材料相同或材料的內(nèi)表面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，則它的反光性能接近

15、時，只要照度相同，則它的單位工作面積上所需要的照明設(shè)備的總?cè)輪挝还ぷ髅娣e上所需要的照明設(shè)備的總?cè)萘渴潜容^穩(wěn)定的。量是比較穩(wěn)定的。 為達到設(shè)定平面上的照度為達到設(shè)定平面上的照度E，必須配置的照，必須配置的照明設(shè)備的單位功率容量為明設(shè)備的單位功率容量為 W達到設(shè)計照度達到設(shè)計照度E所需照明設(shè)備總?cè)菟枵彰髟O(shè)備總?cè)萘苛?W/m2 E設(shè)定平面設(shè)計光照強度，設(shè)定平面設(shè)計光照強度，lx q光源有效光照量，光源有效光照量，lm/W四、利用系數(shù)法四、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。其計算公式為均照度的一種方法。其計算公式為利用系數(shù)(U)，是

16、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(shè)計、安裝高度、房間的大小和反射率的不同相關(guān),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(guān)參數(shù)，在此僅做參考。 第四節(jié)第四節(jié) 光照測量與控制光照測量與控制一、光照測量一、光照測量二、光照控制二

17、、光照控制第四節(jié)第四節(jié) 光照測量與控制光照測量與控制一、光照測量一、光照測量（一）輻射表（一）輻射表測定光輻射的儀器主要是以測定吸收輻射所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(chǔ)。產(chǎn)生的熱量為基礎(chǔ)?？傒椛浔怼⒅鄙漭椛浔?、散射輻射表總輻射表、直射輻射表、散射輻射表總輻射表測量的輻射光譜范圍為總輻射表測量的輻射光譜范圍為3003000nm，受光面為平面，上面覆蓋半球形，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)的玻璃罩，接受來自平面以上半球范圍內(nèi)的輻射。輻射。散射輻射測量散射輻射測量 散射輻射的測定也是利用總輻射表。為了散射輻射的測定也是利用總輻射表。為了能夠測到

18、天空半球的散射輻射，儀器應(yīng)水能夠測到天空半球的散射輻射，儀器應(yīng)水平安置，然后用平安置，然后用固定在金屬支桿頂端的圓固定在金屬支桿頂端的圓片片遮擋太陽直射光線使產(chǎn)生的陰影正好落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。在總輻射表的半圓球罩上。 也有采用也有采用遮光環(huán)遮光環(huán)的，可以省去隨太陽陰影的，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，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(yīng)遮的天空。光環(huán)還遮掉了一大部分不應(yīng)遮的天空。直射輻射的數(shù)值，可以用總輻射數(shù)值減直射輻射的數(shù)值，可以

19、用總輻射數(shù)值減去散射輻射而獲得。但在溫室補光設(shè)去散射輻射而獲得。但在溫室補光設(shè)計中一般常用總輻射，很少獨立使用計中一般常用總輻射，很少獨立使用直射輻射和散射輻射。直射輻射和散射輻射。第四節(jié)第四節(jié) 光照測量與控制光照測量與控制一、光照測量一、光照測量（二）照度計（二）照度計 照度計是專用于測量光照度的儀表，測量的照度計是專用于測量光照度的儀表，測量的單位是單位是lx第四節(jié)第四節(jié) 光照測量與控制光照測量與控制一、光照測量一、光照測量（三）光量子儀（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)內(nèi)的微愛因斯坦數(shù)E(m2 s)。主要用。主要用于研究作物光合作用。于研究作物光合作用。第四節(jié)第四節(jié) 光照測量與控制光照測量與控制二、光照控制二、光照控制（一）光照強度控制（一）光照強度控制1.無外界自然光時無外界自然光時2.有外界自然光時有外界自然光時（一）光照強度控制（一）光照強度控制1.1.無外界自然光時無外界自然光時 對人工補光的控制可省去對光照的測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，按照量，而僅用時間控制即可完成，按照設(shè)計功率定時完成對光源的開啟或關(guān)設(shè)計功率定時完成對光源的開啟或關(guān)閉。閉。（一）光照強度控制（一）光照強度控制2.