1、 第四節(jié) 人工光源設(shè)備 一、溫室常用光源及使用 人工補光的主要目的是彌補一定條件下溫室光照的不足，以便有效地維持溫室作物的正常生長發(fā)育，提高作物的產(chǎn)量與品質(zhì)。 人工補光的基本要求是，光源的光譜特性與植物產(chǎn)生生物效應(yīng)的光譜靈敏度盡量吻合，以便最大限度利用光源的輻射能量；光源所具有的輻射通量使作物能得到足夠的輻照度。此外，還要求光源設(shè)備經(jīng)濟耐用，使用方便。 （一）白熾燈 1構(gòu)造 白熾燈由燈泡、電源引出線、燈絲構(gòu)成。燈絲的主要成分是鎢，為了防止受震動斷裂，燈絲盤成彈簧狀安裝于燈泡內(nèi)中間，泡內(nèi)抽真空后充入少量惰性氣體，以抑制鎢的蒸發(fā)。燈絲引出線的出線端有插口式和螺口式兩種。 a) 插口式 b) 螺口式

2、 圖6-44 白熾燈泡構(gòu)造 2. 性能特點 白熾燈的光譜是連續(xù)光譜，能量主要是紅外線輻射（占總能量的80%90%），生理輻射只占總輻射能的10%20%，其中主要是橙紅光，藍紫光很少，幾乎無紫外線。（二）螢光燈（日光燈） 1螢光燈的組成和工作原理 （1）螢光燈由燈管、起輝器、燈架和燈座等組成。 圖6-45 螢光燈構(gòu)造 圖6-46 螢光燈管構(gòu)造 燈管 由玻璃管、燈絲和燈絲引出腳（燈腳）等構(gòu)成。玻璃管內(nèi)壁涂有螢光材料；管內(nèi)抽真空后充入少量汞（水銀）和適量惰性氣體（氬）；在燈絲上涂有電子發(fā)射物質(zhì)（稱電子粉），構(gòu)造如圖6-46所示。 圖6-45 螢光燈構(gòu)造 圖6-46 螢光燈管構(gòu)造 起輝器 由氖泡、小電

3、容、出線腳和外殼構(gòu)成。氖泡內(nèi)裝有動觸片（U形雙金屬片）和靜觸片。構(gòu)造如圖6-47示。 圖6-47 熒光燈起輝器 鎮(zhèn)流器 分電子式和鐵芯電感式。圖6-48 鐵芯電感式鎮(zhèn)流器圖 圖6-49 螢光燈電路圖 （2）螢光燈的工作原理 螢光燈的電路圖如圖6-49示。螢光燈工作全過程分為起輝和工作兩種狀態(tài)。起輝狀態(tài)由燈絲、起輝器和鎮(zhèn)流器形成回路；工作狀態(tài)是由燈管內(nèi)部電離而形成直通回路，起輝器不再起作用。 2. 螢光燈附件的選配 螢光燈附件要與燈管功率、電壓和頻率等相適應(yīng)。常用的附件選配，參見表6-29所列。 3. 性能特點 螢光燈發(fā)光光譜主要集中在可見光區(qū)域，其成份一般為藍紫光16.1、黃綠光39.3%、紅

4、橙光44.6%。螢光燈光譜可通過改變螢光粉成份，以獲得所需要的光譜，如用于育苗的螢光燈，需加強藍色和紅色部分。螢光燈發(fā)光效率高，約為白熾燈的4倍，達51%84%。使用壽命長達3000h以上，且價格便宜。是目前使用最普遍的一種光源。 （三）碘鎢燈 1. 基本構(gòu)造與工作原理 圖6-50 碘鎢燈構(gòu)造2. 常用規(guī)格與安裝（1）常用規(guī)格和技術(shù)數(shù)據(jù)如表6-30所列。 （2）安裝 安裝碘鎢燈時，必須把燈管裝得與地面平行，一般要求傾斜度不大于4。此外，碘鎢燈工作時，燈管的溫度很高，管壁可高達500700，因此，燈管必須安裝在專用的有隔熱裝置的金屬燈架上，切不可安裝在非專用的，易燃材料制成的燈架上。同時，燈架也

5、不可貼裝在建筑面上，以免因散熱不暢而影響燈管壽命。 （3）性能特點 功率大，發(fā)光效率高，為2030 Lm /W，構(gòu)造簡單，使用可靠，體積小，裝修方便，故障少，壽命長。為溫室常用光源之一。 （四）高壓氣體放電燈 氣體放電是指電流通過氣體時的放電現(xiàn)象。利用氣體放電發(fā)光的原理制成的燈就叫氣體放電燈。由于所用氣體不同，氣體放電燈的種類較多，主要有水銀燈（汞燈）、鈉燈、氙燈、金屬鹵化物燈，生物效應(yīng)燈等，它們的輻射光譜都是線狀的。1. 水銀燈 水銀燈的生理輻射占總輻射能量的85%，主要有藍綠光、紫外輻射，發(fā)光效率隨水銀蒸汽壓力而變化，低壓時發(fā)光效率低，高壓時較高可達5060 Lm /W，低壓水銀燈主要用作

6、紫外光源，高壓水銀燈則主要用于照明及溫室人工補光。 高壓水銀燈的品種型號較多，最常用的是GGY型 圖6-52 高壓水銀燈接線圖 2. 氙燈 氙燈按電弧長短分為長弧氙燈和短弧氙燈兩種，常用的是管形長弧氙燈，其結(jié)構(gòu)如圖6-53所示。 圖6-53 管形長弧氙燈構(gòu)造 氙燈是一種高氣壓自持弧光放電電燈，其輻射能量分布與日光比較接近，光譜與日光相同。所以俗稱“小太陽”。氙燈主要用于大面積照明。 氙燈安裝時應(yīng)注意以下幾點：必須采用與燈管配套的專用燈架；因氙燈電流大，溫度高，導線連接點必須十分牢固；氙燈配用的專用觸發(fā)器，是作為起輝裝置用的，觸發(fā)器應(yīng)安裝在燈管附近，兩者連接線長度一般為1.52m之間，最長不得超

7、過3m；因短路瞬時電流較大，觸發(fā)控制端回路的控制，宜用接觸器作為控制開關(guān)，不得用按鈕直接控制。氙燈安裝時應(yīng)與作物保持一定高度，以免灼燒作物。 圖6-54 管形氙燈接線圖3. 鈉燈 利用金屬鈉蒸汽放電產(chǎn)生輻射的光源，它的輻射集中在黃光（589.6毫微米），生理輻射強，單色性好。發(fā)光效率高，低壓鈉燈可達200300Lm /W，高壓鈉燈可達120 Lm /W，低壓鈉燈多用作單色光源，高壓鈉燈由于光譜寬，用于照明比低壓鈉燈好。4. 金屬鹵化物燈 是在高壓水銀燈中加入金屬鹵化物而形成的光源。加入金屬鹵化物，不但可以大大改善燈的光色，而且可以提高光效率，采用不同類型的金屬鹵化物，可以制成不同光譜特性的近日

8、光光源 金屬鹵化物燈功率大，一般為200400W，發(fā)光效率高約為6080 Lm /W，壽命長，一般達4000h以上。是目前高強度人工補光的主要光源。 5. 生物效應(yīng)燈 可發(fā)連續(xù)光譜，其紫外光、藍紫光和近紅外光低于自然光，而綠、紅、黃光比自然光高。 近紅外部分低于自然光25%。二、光源的選用與配置 （一）光源的選用 兩個原則進行：1.補光的目的；2.光源的性能價格比。 補光的目的：一是以抑制或促進作物花芽分化、調(diào)節(jié)開花時期，即以滿足作物光用周期的需要為目的，這種補光一般要求有紅光，但光照度比較低，只要有幾十勒克斯的光照度就可滿足需要，多用白熾燈。二是以促進作物光合作用，促進作物生長，補充自然光照

9、不足為目的。要求：補光照度應(yīng)高于植物的光補償點，在3000Lx克斯以上；光照度具有一定的可調(diào)性；光線中富含紅光和藍光；有一定的光譜成分，最好是近似于太陽光的連續(xù)光譜。多使用高壓氣體放電燈或螢光燈。 （二）光源的布置 為使被照面的光照分布盡可能均勻，為此，布置光源時，應(yīng)充分考慮光源的光度分布特性及合理的安裝位置。 對于跨度5.4m，長18m的溫室，在高度為1.5m處掛8盞60W栽培專用燈，按單行均勻布局，其結(jié)果是20Lx以下的面積率為4，4個角的最低照明度為10Lx，平均照度為46Lx；按雙行網(wǎng)格狀均勻布局，其結(jié)果是照度在20Lx以下的面積率為零,平均照度為34Lx，可見，按雙行網(wǎng)格狀均勻布局，

10、照度比較均布。 三、光度學基礎(chǔ)與照度的計算 光度學研究的是光在發(fā)射、傳播、吸收和散射過程中的能量計算問題。光能的量度有兩個標準，一是能量標準，它是以客觀能量的大小為標準的；另一是視覺標準，它是以人眼對光的感覺為標準的。 （一）能量標準中的幾個基本概念 輻射通量 光是電磁波，光的傳播過程就是能量的傳遞過程。單位時間內(nèi)自輻射源發(fā)出的通過面積元dA的輻射叫做通過這一面積元的輻射通量 立體角是指一個錐面所圍成的空間部分，單位為“球面度”。一個球面度是指以錐的頂點為球心，以錐在球面上所截的面積與球半徑平方的比值。 圖6-55立體角（1） 圖6-56立體角（2）點光源是指光源本身的線度比它與討論點的距離小

11、得多，以致可以把它當作一個點，在距光源某一距離處光波的波面可以看作球面。 輻射強度：點光源在給定方向上單位立體角內(nèi)所發(fā)生的輻射通量，稱為輻射強度，即：Ie = / W (瓦球面度) 投射到單位面積上的輻射通量為輻照度Ee， 即： Ee = / s 式中，s為被照面上一小面積單元，為s上所接收到的輻射通量。輻照度單位為瓦米2。 （二）視覺標準中的幾個基本概念與照度的計算 視覺靈敏度（或視覺函數(shù)）V（） 人眼對不同波長的光有不同的靈敏度，且不同的人，對各種波長的光的靈敏度也常有差別。規(guī)定眾多正常人對各種波長的平均靈敏度為視覺靈敏度。 光通量F 光通量是用以描述光源的客觀輻射通量對人眼所引起的視覺強度的物理量。它與能量標準中的輻射通量相對應(yīng)。波長為的光當其輻射通量為()時，它的光通量為 F=V()() 發(fā)光強度I 與輻射強度相對應(yīng)，在視覺標準中，定義點光源在給定方向上單位立體角內(nèi)所發(fā)出的光通量為發(fā)光強度。 I = F/W 對于各向均勻發(fā)光的點光源，它發(fā)出的總光通量平均分布在4球面度內(nèi)，所以它的發(fā)光強度為 I = F/ 4 6-53 對于單色光： F = 680 V（）() 照度E 照度是描述被照面的照亮程度的物理量。它定義為投射到受照面上的光通量與受照面面積之比