wyklad3.pdf

Sztuczne doświetlanie roślin

//definicje pobrane z witryny http://www.ciop.pl/6420.html

Strumień świetlny (F) jest to ta część promieniowania optycznego emitowanego przez źródło

światła, którą widzi oko ludzkie w jednostce czasu. Na przykład żarówka emituje oprócz

promieniowania widzialnego widocznego dla oka, dużą ilość promieniowania podczerwonego,

czyli cieplnego. Podobnie jest z żarówką halogenową, która oprócz promieniowania widzialnego

emituje zarówno promieniowanie podczerwone, jak i nadfioletowe oba niewidoczne dla oka.

Jednostką strumienia świetlnego jest lumen, lm.

Światłość (I) jest to gęstość kątowa strumienia świetlnego źródła światła w danym kierunku.

Światłość charakteryzuje rozsył strumienia świetlnego w przestrzeni, czyli ilość strumienia

świetlnego wysyłanego przez źródło światła w niewielkim kącie bryłowym otaczającym

określony kierunek. Światłość wyznacza się ze wzoru: I = F/w, gdzie w jest to kąt bryłowy,

który na powierzchni kuli o promieniu r, zakreślanej z wierzchołka tego kąta ogranicza pole S =

r 2 . Jednostką światłości jest kandela cd = lm/sr, gdzie: sr steradian to jednostka kąta bryłowego.

Natężenie oświetlenia (E) jest to gęstość powierzchniowa strumienia świetlnego padającego na

daną płaszczyznę, czyli jest to stosunek strumienia świetlnego padającego na płaszczyznę do jej

pola powierzchni E = F/S. Jednostką natężenia oświetlenia jest luks (lx), gdzie: lx = lm/m 2 .

Geometria oświetlenia

definicja steradianu : kąt bryłowy który określa na powierzchni kuli obszar o powierzchni równej

kwadratowi promienia kuli

Dla punktowych źródeł światła stosujemy zasadę:

E=I/d 2 oraz E 1 d 1 2 =E 2 d 2 2

Źródła światła w szklarni nie są źródłami punktowymi !!!

możemy przeliczyć (w bardzo dużym przybliżeniu) pozorną odległość źródła światła od

położenia odbłyśnika stosując wzór:

W rzeczywistych sytuacja posługujemy się charakterystyką promieniowania odbłyśnika

Światło jako promieniowanie elektromagnetyczne

Każde źródło światła emituje fotony o zróżnicowanej energii, rozkład ilości fotonów w funkcji

ich energii nazywamy spektrum lub charakterstyką promieniowania. Związek między energią

fotonu a długością fali jest następujący:

E=h  = hc/ 

Światło “widzialne” może powstawać na kilka sposobów dwa podstawowe stosowane w

doświetlaniu roślin to:

● promieniowanie termiczne żarówki

● lampy wyładowcze świetlówki, HPS – wtórna emisja w wyniku fluorescencji

Różne źródła światła mają swoje charakterystyczne kształty spektrum

Słońce i ciało doskonale czarne

świetlówki i lampy sodowe

Świetlówki i lampy sodowe

Główne ograniczenie stosowania świetlówek – mała moc maksymalna – do 58 W

Cechuje je duża sprawność emisji (lm/W) wynosząca do 110 lm/W

Chętnie stosowane np. w fitotronach

Lamy wysokociśnieniowe moc do ok. 1000W

Sprawność emisji rzędu 150 lm/W

Jednostki intensywności światła stosowane w ogrodnictwie.

● lux – stosowany przy projektowaniu oświetlenia dla ludzi – luxomierze są wyskalowane jak na

rysunku poniżej ich charakterystyka czułości odpowiada charakterystyce czułości ludzkiego

oka

● PAR (photosyntetically active radiation) – zakres promieniowania od 400 – 700 nm, lub

charakterstyka absorpcji promieniowania roślin

●  mol – (mikromol lub dawiniej mikroeinstein) jednostka określająca strumień fotonów zwykle

mierzona z uwzględnieniem charakterystyki absorpcji roślin czasem zamiennie nazywana też

PAR

● PAR wat – zależnie od przyjętego sposobu oznaczeń (w literaturze i w praktyce są pewne

rozbieżności jest to moc promieniowania świetlnego mieszczącego sie w zakresie PAR lub moc

tego promieniowania przeliczona wagowo przez charakterystykę absorpcji

Charakterstyka PAR na tle charakterystyki lampy sodowej HPS, charakterystyka czułości

luksomierza, charakterstyka PAR na tle charaterystyki promieniowania Słońca.

Procedura obliczania ilości i rozmieszczenia lamp w szklarni:

● określenie oczekiwanego poziomu radiacji w  mol , typowa wartość to np. 200

● przeliczenie wartości radiacji na natężenie oświetlenia dla specyficznego typu lampy dla HPS

jest to równoznaczne z pomnożeniem przez ok 70 – 80 co daje nam E=16000 lux

● jeśli projektujemy dużą powierzchnie zakładamy, że całe światło emitowane przez lampy

zostanie skierowane na tą powierzchnię oraz, że będzie ono miało jednorodny rozkład

intensywności – stosujemy wysoki montaż lamp.

Możemy przyjąć, że nowoczesne odbłyśniki mają sprawność rzędu 90% w związku z tym

potrzebna ilość lamp określona jest wzorem:

F=(E*A)/ 

gdzie:

F – całkowity strumień świetlny

E – oczekiwane natężenie oświetlenia

A – powierzchnia oświetlana

 sprawność odbłyśnika

Należy zauważyć że nie jest tu uwzględniana sprawność lampy gdyż do obliczeń stosujemy

strumień świetlny a nie moc lampy

W naszym przypadku dla np. 1000 m 2

F = 16*10 6 /0.9 = 17.7 *10 6 lm czyli 17.7 klm /m 2 .

lampa 400W emituje strumień świetlny na poziomie 56 klm co oznacza że należałoby zastosować

w tym przypadku 1 lampę na 3.15 m 2 czyli ok. 317 lamp. Jeśli zastosujemy lampy 600W

(strumień świetlny ok 90 klm) montujemy 1 lampę na 5.08 m 2 czyli 196 lamp.

● jeśli projektujemy doświetlanie małego pomieszczenia, lub doświetlanie nisko nad roślinami

należy uwzględnić chrakterystkę (geometrię) świecenia lampy (oprawy).

charakterystyka odbłyśnika

Zakładamy że lampa świeci w sposób równomierny w zadanym kącie bryłowym powstałym ze

złożenia kątów płaskich dla powyższego rysunku jest to ok. 120* na 60* co dla odległości 1m

daje powierzchnię o bokach 1.41 oraz 2.82. czyli powierzchnię prawie 4 m 2 .

a=2*tg(  /2)*h , b=2*tg(  /2)*h

zakładamy, że cały strumień świetlny przypada na powierzchnię ograniczoną podanymi kątami

płaskimi. Natężenie światła wynosi (dla lampy 400W)

E F=(F/A)* 

● 56 [klm]/4 [m] * 0.9 =12.6 [klux]

Poszukujemy wysokości na której należy zawiesić lampę aby osiągąć E=16 klux

korzystamy ze wzoru :

E 1 d 1 2 =E 2 d 2 2

d 2 =(E 1 d 1 2 / E 2 ) 0.5

czyli 0.88 m, żeby uzyskać dokładniejszy pomiar należy uwzględnić szczegółową

charakterystykę promieniowania lampy:

● obliczmy ile kandeli wynosi światłość dla danego kąta :

I  =I'*F/1000

● obliczmy natężenie oświetlenia na płaszczyźnie (korzystamy z przybliżenia źródła

punktowego):

E=I  *cos 3  / h 2

W ten sposób uzyskane wyniki weryfikujemy następnie na drodze symulacji

więcej informacja o źródłach światła:

http://www.gavita.com/

http://www.lighting.pl/

http://philips.pl/

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: