第六章 温室补光

第一节 光照的基本概念 一、光照术语 二、光照单位之间的换算

一、光照术语 1. 辐射强度 以电磁波或光量子形式发射、传播或接收的能量叫做辐射能，用符号Q表示，单位为焦耳(J)。 在单位时间内发射、传播或吸收的辐射能叫做辐射通量，用符号Ф表示。

对于点辐射源在单位立体角发出的辐射能通量称为点光源在这个方向上的点辐射强度，用Ie表示，单位为瓦／球面度(W/sr)。 立体角ω=A/r2(sr) Ie= Фe/ ω

透射到某表面上的辐射通量Ф与该表面面积A之比，称为该表面接受或吸收的辐射强度，用 I 表示，单位为W/m2，即

一、光照术语 2. 照度 能见度：可见光使人感觉的明亮程度称为能见度。它用光通量与辐射通量之比表示，单位是 lm/W。 能见度在波长555nm处最大，称为最大能见度，其值为 683 lm/W.

相对能见系数：其他波长的能见度与最大能见度之比

在光照强度波长范围内的辐射通量称为光通量F（单位流明，lm） 国际单位规定：在标准空气中，单位立体角通过1／683w 555nm波长的单色辐射作为光通量的计量单位，单位为流明

发光强度：某方向每单位立体角的光通量，符号 I，单位是 坎德拉（cd） I=F/ ω 1cd=1 lm/sr

光学上将人的视觉器官接收光的刺激而产生视觉的波长范围内的辐射强度称为照度。它等于达或通过某单位面积的光通量（单位勒克斯，lx=lm/m2）

一、光照术语 3. 量子流密度 因量子的能量与其波长成反比，故在研究光电效应与光化学反应如光合作用与光照的关系中，应该以量子流密度作为计量光辐射的单位。

一个量子所具有的能量[q(λ),J]为 q(λ)= h · C λ h—普朗克常数，6.625＊1023J·S C—光速，2.998 ＊ 108m/s λ—波长，m

在讨论辐射能量子概念时，规定单位时间内到达或通过单位面积的摩尔量子数，定义为量子流密度，单位为爱因斯坦(E)或微爱因斯坦(μE)。 1 μE =1μmol/m2.s

二、光照单位之间的换算 只有在确定的光谱能量分布情况下，才有明确的相关关系。 光照度、辐射照度、光量子流密度等与光谱能量分布密切相关，几者之间无固定的比例关系。 只有在确定的光谱能量分布情况下，才有明确的相关关系。 一般天气自然（太阳）光照情况下几种光照度量单位的近似换算关系   光合有效 辐射照度 W/m2 光量子流密度 mmol/m2.s 对应的太阳 总辐射照度 光照度 1 klx ≈ 4.2 (4) 16.8 10  k lx数 ×4 ≈ W/m2 W/m2 ×4 ≈ mmol/m2.s

一些植物的光补偿点与光饱和点的大致数值 光照度 Lx PAR W/m2 PPFD mmol/m2.s 光 补 偿 点 100～4000 光 补 偿 点 100～4000 0.4～17 1.7～67 光饱和点 阳性植物（番茄、黄瓜、西瓜、甜瓜、葡萄、樱桃、桃等） 60000～90000 250～380 1000～1500 中性植物（茄子、甜椒、草莓、甘蓝、白菜、萝卜等） 40000～60000 170～250 680～1000 阴性植物（兰科、观叶类、姜科、天南星、秋海棠科花卉、叶菜等） 25000～40000 100～170 400～680

北京地区冬季晴天正午温室内外光照强度条件 与植物对光照强度要求的比较 平均透光率40%～50%的 连栋温室室内 12000～25000 48～105 200～420   光照度（lx） 光合有效辐射 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强度 30000 ～ 50000 120 ～ 210 500 ～ 840 平均透光率50%～70%的 日光温室室内 15000～35000 60～147 250～588 多数阳性植物 最低光照强度要求 20000 80 300

第二节 人工光源的种类和选择 一、人工光源的选择标准 二、温室常用人工光源

一、人工光源的选择标准 光谱性能 400-500nm 和 600-700nm 发光效率 光源发出的光能与光源所消耗的电功率之比 发光效率 光源发出的光能与光源所消耗的电功率之比 其他因素（寿命、价格、安装维护）

白炽灯是热辐射，红外线比例较大，发光效率低，但价格便宜，主要应用于光周期的照明光源； 荧光灯发光效率高、光色好、寿命长、价格低，但单灯功率较小，只用于育苗； 高压水银灯功率大、寿命长、光色好，适合温室补光； 金属卤化物等具有光效高、光色好、寿命长和功率大的特点，是理想的人工补光光源。

二、温室常用人工光源

人工光源的种类 热辐射光源 ：白炽灯、卤钨灯 钨丝中通过电流产生高温（2400～ 3000℃）发光 气体放电光源：荧光灯、高压水银荧光灯、金属卤化 物灯、高压钠灯、低压钠灯 物质原子受电子激发产生光辐射。

白炽灯 结构简单、价格便宜，光照强度易于调节； 辐射光谱主要在红外范围，可见光所占比例很小，发光效率低，且红光偏多，蓝光偏少；   辐射光谱主要在红外范围，可见光所占比例很小，发光效率低，且红光偏多，蓝光偏少；    寿命短（1000小时）。 不宜用作光合补光 但可作光周期补光

卤钨灯 其发光原理基本与白炽灯相似，是在灯泡或灯管中充以少量的卤素，如碘或溴的蒸气制成。 使用寿命比白炽灯长1倍多，发光的功率提高，发光效率也有所提高。

荧光灯 低压气体放电灯    光谱性能好，发光效率较高，寿命长。线光源，功率小，满足一定光照强度所需灯具多。 目前在园艺设施补光中使用较多，尤其是用于组培室中的人工光照。

高压水银灯 高强度放电灯 主要产生蓝白光，很少有红光。 光色较差，改进：高压水银荧光灯 使用较少

金属卤化物灯 由高压水银灯发展而来，它是由一个透明玻璃外壳和一根耐高温的石英玻璃放电内管组成，其外形和高压水银灯相似，不同之处在于放电管内除充高压水银蒸气外，还增加了各种金属卤化物     发光效率较高，功率大；光色好（可改变金属卤化物组成满足不同需要）；      寿命较高（数千小时）。使用较多

高压钠灯      发光效率高，功率大；     光谱分布范围较窄，黄橙光为主；      寿命高（12000～20000小时）。 目前在园艺设施补光中使用较多。    

低压钠灯     发光效率很高，功率大；     光色为单一的589 nm黄色光；     寿命高（平均寿命18000小时）。 光色单一，很少单独使用，但可与其他光源配合使用。

几种人工光源的发光效率及光照强度换算 注：①发光二极管光效率高于白炽灯、低于荧光灯；②微波放电灯效率最高

人工光源的应用

第三节 人工光照的计算与调节 一、光源的类型 二、点光源逐点计算法 三、单位容量法 四、利用系数法

一、光源的类型 点光源 线光源 面光源 带状光源

一、光源的类型 当计算点与光源的距离大于光源最大边或直径的5倍时，该光源可按点光源计算。 当光源的宽度与其长度相比小得多，且计算高度小于光源长度的4倍时，光源可按线光源计算。

二、点光源逐点计算法 E-点光源S对平面P上元面积dA的光照度 I-点光源的发光强度 θ-点光源S在被照平面P上的入射角 d- 光源S到平面P的距离

由多点光源产生的照度等于每一光源分别产生照度的总和。

由于点光源是安装在一定高度分散布置的，所以照射到温室栽培面上各点的光照肯定是不均匀的，这在很大程度上会影响温室作物生长的一致性. 因此，在光照设计中除满足光照强度的要求外，还要求必须保证一定的光照均匀度。人工光照中将最小照度(Emin)与最大照度(Emax)之比(Emin/ Emax)定义为光照均匀度，一般要求光照均匀度应不小于0.7。

三、单位容量法 单位容量法主要用于估算照明负荷总容量。在温室透光覆盖材料相同或材料的内表面反光性能接近时，只要照度相同，则它的单位工作面积上所需要的照明设备的总容量是比较稳定的。

W—达到设计照度E所需照明设备总容量,W/m2 E—设定平面设计光照强度，lx q—光源有效光照量，lm/W

四、利用系数法 利用系数法是一种简化的计算栽培床面平均照度的一种方法。其计算公式为

利用系数(U)，是指从照明灯具放射出来的光束有百分之多少到达地板和作业台面,所以与照明灯具的设计、安装高度、房间的大小和反射率的不同相关,照明率也随之变化。 如常用灯盘在3米左右高的空间使用，其利用系数可取0.6--0.75之间； 而悬挂灯铝罩，空间高度6--10米时，其利用系数取值范围在0.7--0.45； 筒灯类灯具在3米左右空间使用，其利用系数可取0.4--0.55； 而像光带支架类的灯具在4米左右的空间使用时，其利用系数可取0.3--0.5。 以上数据为经验数值，只能做粗略估算用，如要精确计算具体数值需由公司书面提供，相关参数，在此仅做参考。

第四节 光照测量与控制 一、光照测量 二、光照控制

第四节 光照测量与控制 一、光照测量 （一）辐射表 测定光辐射的仪器主要是以测定吸收辐射所产生的热量为基础。 第四节 光照测量与控制 一、光照测量 （一）辐射表 测定光辐射的仪器主要是以测定吸收辐射所产生的热量为基础。 总辐射表、直射辐射表、散射辐射表

总辐射表测量的辐射光谱范围为300—3000nm，受光面为平面，上面覆盖半球形玻璃罩，接受来自平面以上半球范围内的辐射。

散射辐射测量 散射辐射的测定也是利用总辐射表。为了能够测到天空半球的散射辐射，仪器应水平安置，然后用固定在金属支杆顶端的圆片遮挡太阳直射光线使产生的阴影正好落在总辐射表的半圆球罩上。 也有采用遮光环的，可以省去随太阳阴影的移动而要经常调节遮光圆片位置的麻烦，但需进行散射辐射测定值的修正，因为遮光环还遮掉了一大部分不应遮的天空。

直射辐射的数值，可以用总辐射数值减去散射辐射而获得。但在温室补光设计中一般常用总辐射，很少独立使用直射辐射和散射辐射。

第四节 光照测量与控制 一、光照测量 （二）照度计 照度计是专用于测量光照度的仪表，测量的单位是lx

第四节 光照测量与控制 一、光照测量 （三）光量子仪 第四节 光照测量与控制 一、光照测量 （三）光量子仪 光量子仪是专用于测定作物接收光量子数的仪表，其测定的单位是每平方米单位时间内的微爱因斯坦数[μE／(m2 ·s)]。主要用于研究作物光合作用。

第四节 光照测量与控制 二、光照控制 （一）光照强度控制 1.无外界自然光时 2.有外界自然光时

（一）光照强度控制 1.无外界自然光时 对人工补光的控制可省去对光照的测量，而仅用时间控制即可完成，按照设计功率定时完成对光源的开启或关闭。

（一）光照强度控制 2.有外界自然光时 首先要通过光照传感器获得温室内光照强度的变化，由于室内光照可能会受到短时云层遮盖或骨架阴影等因素的影响、温室光照控制不能以传感器测得的瞬时值作为控制的依据，一般应以一段时间内的平均值、最高值或延时测定值等作为控制依据。 当测定到光照强度控制值低于设定位下限后开始人工补光、而当补光强度大于设定位上限后应调节光照强度，以最大限度节约能源。

调节入工光照强度的方法主要有两种： 采用组合灯具，将其中部分灯具开启，部分灯具关闭，这种方法要注意补光的均匀度； 采用改变供电电压的方法，一般像白炽灯、荧光灯、金属卤化物灯等，其光输出随供电电压的升高而升高。

第四节 光照测量与控制 二、光照控制 （二）光周期控制 1.延长日照 2.中断暗期 3.间歇照明 4.黎明前照明 5.短日中断光照