浅谈光照蔬菜栽培系统的照明设计.doc

浅谈光照蔬菜栽培系统的照明设计关键词： 植物照明 LED植物灯 引言近年来随着现代化工业的不断发展,我们生活的环境变得越来越恶劣，空气污染也越来越严重，人们对于健康的追求更急迫切,大家在饮食方面更加愿意选择绿色有机食物，由此应运而生了一种室内蔬菜栽培系统，这样可以让蔬菜在相对洁净的环境下生长，这种种植系统也被称为有机种植,是一种在植物生长过程中不使用农药、化学合成的肥料、生长调节剂，更急也不采用离子辐射技术以和转基因技术，而是采取农作、物理和生物的方法来培肥土壤、防治病虫害，同样遵循着自然生长的规律，最终收获健康安全的有机蔬菜。现在人们对于有机蔬菜需求量在大幅增加,大力发展有机蔬菜的种植是越来越多生产者的机遇，然而蔬菜生长最重要的条件之一就是光照,如何设计合理的光照就显得尤为重要.1.1照明光源的选择光环境是蔬菜生长发育不可缺少的重要物理环境因素之一,根据蔬菜生长周期的特点，以及考虑到蔬菜工厂的长期效益，所以在选择光源时首先要考虑节能型，寿命长，高效性等功能。LED照明灯具，尤其是GaN基白光LED照明，在功耗及寿命方面比其他光源均有不可比拟的优越性。在光效方面，传统的白炽灯是采用热发光技术，浪费了90%的光源，而发光二极管的效能转换了是非常高的.目前研究技术表明：混合波长的LED光源与荧光灯相比,能够显著促进萝卜、生菜、菠菜、的生长发育，提高生态指标；能够使甜菜生物积累量最大，毛根中甜菜素积累最显著，并在毛根中产生最高的糖分和淀粉积累。而混合波长的LED光源与金属卤化灯相比，生长在符合波长LED下的紫苏植株、胡椒,其叶、茎的解剖学形态发生显著的变化，并且随着光密度提高,植株的光合速率提高。除此之外，目前LED照明灯具的发展技术也相对成熟了,因此LED光源具有绿色、节能、长寿命、免维护、环保等特点被作为首选光源。现在国内外也有很多学者围绕LED 光源在植物照明领域的应用进行了不懈的探索，也取得很大进展,首先，就红蓝光及其组合光源对植物生长发育的影响进行了深入的研究，证明了红蓝光可以作为光源栽培植物蔬菜的可行性.利用LED 进行蔬菜栽培，试验结果表明,占空比达25 50%时，可加速蔬菜的生长.其次，复合光质比单一光质更适合植物生长，可以正常培育蔬菜。因此，在我国目前的农业生产研究中，LED 在育苗、蔬菜栽培方面的节能效果显著，适合应用的效果得到了肯定。1.2。照明方式和种类的选择 在蔬菜栽培工厂中常规的是采用一般照明跟局部照明相结合的形式，照明的种类需根据工厂的规模设置蔬菜生长植物照明,正常照明及消防应急照明;1。3。 .照明灯具的选择 LED植物生长灯通过光质调节,控制植株形态建成，LED植物生长灯具有环保节能的作用,给植物提供光合作用,促进植物生长,减短植物开花结果用的时间，可以很大程度的提高生产效率。LED植物生长灯是采用植物最敏感的光波段,这种灯的主要光源是由红蓝光源组成的,这种光源都是让蔬菜产生最佳的光合作用，植物得到最佳的生长状态，红光波长选择是620630nm和640-660nm， 蓝光波长选择是450460nm和460470nm，这样可以有助于缩短植物的生长周期。实验和实际应用都表明，除了给蔬菜在缺光时间里补光之外外，还可以让植物在生长过程中促进多发芽的分化，加快植物碳水化合物的合成和维生素的合成，加快根茎叶生长，从而缩短了生长周期。因此在蔬菜工厂栽培工厂中被作为首选灯具，一般工厂采用垂直栽培系统,这样灯具可以选用飞利浦GreenPower LED生产模组，这种灯具在现有的植物栽培工厂的应用效果非常明显，然后对于整个工厂的造价也是占据不小的部分。目前相关研究表明,不同的蔬菜生长需要选用不同的LED灯，部分蔬菜配比参数如下: (1）生菜:定植和育苗光源分别采用红蓝光 61和 71 的光源最适合其生长。（2）韭菜：红/蓝 71 处理下韭菜株高、茎粗、叶宽等质量比均显著高于其他处理。（3)黄瓜：72 是适宜黄瓜幼苗生长的最佳红蓝光配比。而生长期 71 为最佳红蓝光配比.(4）青菜、空心菜:以 71 是适宜青菜、空心菜叶子生长的最佳红蓝光配比。（5）白萝卜：生长最适宜的光质：红蓝光配比 81。（6)油麦菜：红蓝光比例为 91,有利于油麦菜生长。（7）草莓、西红柿：红蓝光 91 对草莓、西红柿生长最有利，并且果实饱满且营养丰富。（8）冬青：红蓝光按照 81 的比例配置，冬青长势最好，强壮且根系也非常发达。（9）芽苗菜：以 621 的红绿蓝光配比效果最明显。（10）马蹄莲：生长情况以补照红蓝光 62的比例效果最好.（11）红掌骄阳： 综合分析, 红蓝光 73 处理较佳, 有利于形态、根部生长以及干物质积累。（12)铁皮石斛：红蓝光 73，其增殖效果最好；64 时， 更有利于苗株光合作用和物质积累。下图为红生菜生长配光的实例：1。4.照明效果的确定1)。蔬菜栽培工厂的普通照明照度值的选择需要根据建筑照明设计标准GB 500342013相关规定选择照度值100L。2)。对于普通照明而言，评测的主要指标是照度,而对于蔬菜植物照明来说，评测的主要指标是光量子通量密度(PPFD），单位是mol/s-，由于每种植物所需的PPFD是不一样的，而且在不同位置、不同生长段、不同光谱下,也可能是不一样的，所以PPFD选择是没有一个统一标准，但是我们在室内蔬菜植物照明设计时是可以根据各种农业研究机构的相关数据选择,或者通过搜索欧美及日本相关植物研究机构查询到你准备设计照明的这个植物在各个阶段所需的PPFD的推荐值。根据它们推荐的PPFD的值，计算出什么样的灯具多少数量才能满足所需PPFD值。此外也可以在计算软件中对植物不同的生长段的PPFD进行照明场景进行控制。目前常用的软件有AGI32软件对植物照明的PPFD进行计算，具体怎么计算就需要设计者根据软件公司提供的相关技术资料来操作。下图为实际蔬菜生长照明图：1. 5.照明配电及控制方式1）.因为蔬菜栽培工厂里的蔬菜每天都需要相应的光照时间，则蔬菜照明需要设置备用电源,满足特殊条件下的蔬菜生长照明的需要，具体备用电源的形式选择就要根据工厂的生产规模以及建设方的意见来确定，常用的有柴油发电机组、UPS电源等;2）.蔬菜照明的控制方式的选择一般有人工与智能控制系统两种方式，随着经济的高速发展，人们对于品质的追求也越来越来高，所有智能控制系统被越来越多的投资者所亲耐，因为智能控制系统可以根据苗期、营养生长期、花期、收获期等控制照明时间；此外了根据不同的营养液、无机盐、有机质等应用相应技术程序来控制红蓝光的从而可以达到非常高的比例产量，还有就是根据室内的温度,湿度,二氧化碳浓度来调节光质以及光量子通量等。这样可以节约大量的人工,正所谓智能化就是叫人越来越省事，一键搞定，利用互联网，结合嵌入技术,我们就可以坐在办公室来管理植物工厂。1。5。电力电线敷设方式选择 蔬菜栽培工厂一般都是采用垂直的栽培系统，而且会根据不同的生产需要，机动的变更栽培的布局,因此我们在设计电力电线敷设时尽量桥架沿顶棚敷设方式，根据每个植物照明单元的设置穿管引至相应的接线盒。1.6 电气安全及其他因为蔬菜植物照明的设置特殊性，我们需要设置相应的电气安全措施：直接接触保护措施、间接接触防护措施、接地故障保护措施、漏电保护措施、等电位联结等.