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祭祀用鮮切菊花在中國已經大規模種植很多年,《切菊補光標準》能夠幫助企業降低初次安裝費用、提升管理水平、提高效益。
切菊補光的目的是控制花期,一方面使植株達到一定規格后才同時進行花芽分化并孕育花蕾,另一方面確保實現周年生產。
現階段,菊花補光技術沒有統一標準,新興企業從老企業學習相關技術。在這個過程中,企業對光照強度要求、補光燈選擇、安裝排布、走 線、控制箱、使用方法等等方面,都有各自的理解和操作方式,導致普遍存在光照強度不足不夠均勻、供電故障多、高能耗,部分存在嚴重的安全隱患而全然不知,直到造成嚴重損失也未必理解其原因。
《切菊補光標準》的目的是為切菊育苗和成花企業提供補光技術參考,在補光系統設計、運行、維護、改造過程中,提供經過嚴格理論和實際應用驗證的方式和方法,避免企業在補光相關問題上浪費人力和財力資源。
本標準采用簡潔易懂的語言,以幫助企業盈利為根本出發點,采取謙虛謹慎、開放、包容的態度,歡迎業內專家指正并逐步完善。
第二章 切菊補光方法和參數
一、概述
補光系統有三個基本問題,解決了這些問題就解決了補光的問題,目的是利用有限的財力達到效益好。
1.選擇燈種類:即選擇光譜,選擇補光燈也就選定了光譜。
2.燈具安裝排布:補光燈排布決定光照強度和均勻度以及耗電水平。
3.如何使用:就是什么時間開燈,什么時間關燈。
二、光照強度和時間
光照強度方面需要注意的問題包括:
1. 照度表的品牌很多,且其精度差別很大,多達40%。以下數據以TES1332A這款照度表為準,經驗證,多只這款同型號表進行對照,差異很小。
2. 補光所需要的光照強度不是絕對的,和很多因素有關,比如菊花品種不同補光照度就不同,但一個可靠的照度是存在的。以下照度都是指可靠照度,是苗冠處的低照度。
3. 以下照度以高壓鈉燈和白色節能燈為準。
照射時間:常規的照射時間是22:00~2:00。考慮到供電能力不足時,可采用前半夜+后半夜的方式,即前半夜8:00~0:00,照射一半;后半夜0:00~4:00照射另外一半基地。照射時間和天氣、品 種、緯度都有關,照射時間需要根據實際情況調整。
三、光譜(即補光燈總類)選擇
理論上,理想的光譜中心可能在660~720nm之間,這是紅光區間。越遠離這個范圍,就需要越強的光來達到花芽分化抑制的目的,而在這中間的某個波長的光,20Lux以內就可能可以達成花期調控的目的,但具體哪個光譜還沒有公認的結論。
鈉燈的理論光譜中心是589.2nm,實際的產品中,可以把590~610nm之間做出兩個峰值,這會使補光效果更好。鈉燈的光譜就是在這個范圍,不在這個范圍的“高壓鈉燈”就一定不是鈉燈了,因為鈉元素對應的光譜就是這個范圍。
節能燈光譜很分散,可以有多種光譜。因為照明用的白光節能燈使用量大,所以便宜。
LED燈有各種光譜的,用LED實現花期控制,無法確定用多強的照度,因為不同光譜的照度不同,只能由技術員通過實驗確認。
白熾燈的光譜不是理想的,但是是多面的,接近太陽光的。單純看白熾燈的光譜,也不適合切菊補光,因為這種光譜中的大部分能量都是完全沒有用的,有用光譜少,所以需要比較大的功率,所以很費電。白熾燈基本已經被行業淘汰。
三、補光燈的排布、補光燈的發光、落光
補光燈的排布密度直接影響光照效果和成本。下文會重點給出不同溫室補光的排布的方式和技巧。
補光燈的發光原則是:
1. 盡可能確保發出來的直射光都向下照,而不是部分直接射向棚頂。
2. 好的補光燈以及安裝排布,可以使盡可能多的光落到種植區,而不是棚子的側面。
3. 好的補光燈,可以確保燈下沒有亮斑,各處光照均勻。
四、補光技巧
1. 間歇補光:在相同的補光時間范圍內,開一段時間(如15分鐘)關一段時間(如15分鐘)再開再關,可以達到和連續燈同樣的花芽分化抑制的效果。這個結論很可能是成立的,但每個種植基地在大規模使用這個方法以前,必須做小規模驗證。
2. 二次電照:在消燈(完成營養生長,開始花芽分化的第一步是夜間停止補光,叫消燈)后的第11天~15天,這5天夜里,整夜補光,可以使花瓣花頭品質更好。此技術的使用需要在技術員的指導下進行。
第三章 補光燈種類和技術要求
切菊補光采用電感鈉燈的主要是大中型企業,針對日本市場訂單銷售的為主,除了海南以外,大型企業多采用電感鈉燈,典型代表包括上海虹華、昆明虹之華、昆明豐島、昆明美天驕、廈門育培、上海天祿、上海種業、徐州春淼、遼寧佳禾、張家港駿馬等。
也有眾多企業采用節能燈,如海南的幾乎所有企業,豐島浙江的幾個基地,以及眾多中小型和新興企業。
少部分企業全部或部分采用電子鈉燈。
極個別企業在嘗試紅紫光節能燈和LED。
一、菊花補光燈的基本要求
二、電感鈉燈
電感鈉燈使用方便,壽命很長。市場上以亞明的電感鎮流器+啟動器+燈泡三件套為主,但假冒產品很多。亞明產品型號如下:
電感鈉燈缺點:
1. 啟動器故障率高,第二年開始,每年損壞超過10%,并很可能在五年內全部損壞,導致維修工作相對較量大;
2. 電感鈉燈電流很大,計算功率時經常被錯認為150瓦電感鈉燈的電流是150瓦除以220伏,約為0.7安培。實際上電感鈉燈的啟動電流約為2.2A,穩定工作電流約為1.8A,這常常導致供電線路過熱和開關跳閘。因此,使用電感鈉燈必須采用末端功率補償電容,俗稱降流器,約25元。合理安裝降流器,可以使電流下降到約0.8安培。另外,150瓦電感鈉燈實際消耗功率和電壓有關,在電壓為220伏時,消耗功率約為170瓦,其中,約136瓦的能量被傳輸到燈泡,其余的被電感鎮流器消耗掉,所以,電感鎮流器會很熱。
3. 和電感鈉燈配合使用的綠皮燈罩雖然單價很低,但質量較差。一方面反光效果很差,另外一方面,使用兩年后,燈罩上下兩部分很可能開裂脫落。
4. 150瓦電感鈉燈使用的燈頭是很關鍵的,大部分企業在剛開始使用階段都有過采購質量差的燈頭的經歷。這個燈頭里面的觸點經常燒毀,同時會燒毀燈泡。所以燈頭需要采購國標產品,燈頭很小也很便宜,但采購到質量好的不容易。
5. 一般情況下,燈泡5年更換一遍;啟動器和燈罩3到4年需要更換。因為,嚴格要求花的品質的情況下,就不能等燈泡完全不亮了才更換,一般,成花種植使用4年之后,燈泡的光衰會接近20%,建議換燈泡。燈泡老化到最后的特點是,上電后發出很亮的白光,之后逐漸變暗變紅再正常發光,但這時的發光效率已經很低了,很費電發出的光卻很少。
電感鈉燈的主要完善方向是:購買亞明正品,選擇合適的燈罩和燈頭,選擇合適的啟動器,亞明有3個腳的產品質量會好很多,安裝補償電容。
三、節能燈
節能燈的優勢是一次投入可以比較低,比如采購13元一只的產品,當然這可能無法滿足優香夏菊的品質要求,但對海南冬季的神馬、以及定位在韓國和內銷的菊花種植企業,這也是一個選擇。另外,對于棚室高度很低,或者半露天、經常有臺風的地區,節能燈也有一次投入低的優勢。
節能燈的品牌很多,價格從10元到26元的都有。貴的產品貴在足功率(市場上多數產品的功率都達不到宣稱的功率指標,當然亮度也就不夠),而且光衰略小(熒光粉質量好),防水特性好故障率低,電流很小(一般燈泡上標的“λ>0.9”說明電流很小,相反,如果標“λ>0.5”,電流會大一倍)。合格的36瓦節能燈,“λ>0.55”的,一只燈的電流約為0.3A;“λ>0.9”的,電流約為0.18A。常見的36瓦節能燈,以13元的為例,基本都是23瓦左右,電流為0.17A左右。
容易混淆的問題有兩個。一是,和高壓鈉燈相比,節能燈不節能,用電量比鈉燈要多30%左右。二是,節能燈的使用壽命應該這樣理解,第一季種植,節能燈表現良好;第二季種植表現不甚好;第三季會影響品質,因為品質的降低和維修人工上升帶來的損失可能大于更換節能燈;第四季基本不可用了,盡管大多數還能亮,但和新燈相比光衰已經很明顯了。所以,從效益上看,節能燈適合種2季菊花。
選擇節能燈,需要注意燈的防水防潮能力,需要注意是否功率達到標稱功率,需要注意“λ>0.9”(達到0.9的少),螺旋的比U型的要好些。
節能燈應用的大問題是缺少一款合適的燈罩,目前還沒有發現合適的產品。
四、電子鈉燈
電子鈉燈是電感高壓鈉燈的升級產品,電子鈉燈和電感鈉燈采用的燈泡是相同的,發出的光譜是相同的,其中心頻率在590~610nm之間。未來10年,電子鈉燈將全面替代電感鈉燈,但電子鈉燈目前價格還比較高,其價格大幅度下降會發生在銅鋁價格進一步上漲之后,因為電感鎮流器是用銅或者鋁線繞制的。
所謂電子鈉燈,就是把電感鈉燈的鎮流器的功能通過電子電路實現。
事實上,在十多年以前U型和螺旋節能燈出現之前,只有直管節能燈。當時的直管節能燈使用的鎮流器都是采用電感鎮流器的,并配有“跳泡”,即啟動器。后來,飛利浦發明了電子鎮流器,非常小巧可以裝到燈頭里,才出現了U型管和螺旋節能燈。到目前為止,幾乎所有的節能燈都采用電子鎮流器。
電子鈉燈比電感鈉燈有了以下的改進:
1. 工作電壓范圍很寬,可以做到110V到300V范圍內,穩定工作,且消耗電能不變,照度不變。
2. 軟啟動,可以調光強,可以輸出故障報警信號。
3. 不需要裝降流器(電容補償)電流達到小,對供電線路和開關電閘非常有利。4只100瓦電子鈉燈和一只150瓦電感鈉燈的電流相當,也就是可以多裝3倍的燈。
4. 電子鈉燈取消了啟動器,使得維修工作量大大減少。
5. 燈泡的壽命大大延長,光衰明顯減小,因為電子鎮流器里面的微型電腦可以檢測燈泡的溫度和壽命狀態,根據不同狀態軟啟動,減小了開燈時對燈泡的猛烈沖擊。
6. 植物補光專用的電子鈉燈優化的燈罩的設計,充分利用了燈泡發出的光,提高了光照的均勻度。
從全球來看,植物補光燈的主流產品是電子鈉燈,發展趨勢之一是LED。
五、深紅色節能燈
節能燈的發展方向是完善其固有缺陷(包括光衰等)的基礎上,改善光譜結構,使其更適合切菊光周期調控,花芽分化抑制效果更好。部分歐洲數據認為,700nm的光對花芽分化抑制的效率高,用10lux就可以可靠抑制花芽分化;部分日本數據認為,660nm的光對花芽分化抑制效果好。大概可以確定合適的光譜在660~700nm(深紅色)之間。
節能燈是通過電子激發熒光粉發光的,選擇特殊的熒光粉,可以發出合適光譜的光,問題是如何不降低發光效率,并減緩光衰的速度,這取決于熒光粉的質量。
深紅色節能燈,可以用更低的照度達到控制花芽分化的效果,但具體到不同光譜,所需要的照度值還沒有行業統一的看法,只能依靠嘗試。理論上是越紅,照度可以越低,一般越紅的節能燈,其發光效率也越低。
深紅色節能燈以上海合鳴、河北萬佳的為主,上海芯智儂也在開發類似產品。
如果發光效率不因為改變光譜而降低,用20瓦左右的節能燈可能可以替代36瓦的白光節能燈,照射9平方米。
20多瓦深紅色節能燈價格在16~35元之間,如果光衰比較小,這也是不錯的選擇,尤其在燈具可安裝高度只有2米以下的情況下。
事實上,深紅色節能燈可能有比較大的機會。在深紅色LED產品價格大幅度下降以前,深紅色節能燈應該還有機會被大規模使用。
六、深紅色LED燈
深紅色LED燈的產品和技術還不成熟,針對切菊光周期調控,在國內還沒有很有競爭力的產品。
表面看來,是價格貴。深層次原因是,LED產業巨頭都在普通照明行業大展拳腳,還沒有任何一家大公司為植物補光行業開發專用LED燈珠;另外一方面,越是行業投入少,技術進步越慢,到2014年為止,切菊所需要的深紅色光譜對應的燈珠發光效率還是很低,盡管理論上可以做得很高。
因此,可以預判,可用的切菊LED補光燈還需要若干年價格才能足夠有競爭力。
理想的切菊補光LED光譜應該在660~710nm之間,發光效率應該大于2umol/sw,發光角度應該為90°左右,6瓦(整燈小于9瓦)的LED燈應該就可以替代36瓦節能燈,安裝到1.6米的高度上可以提供最低點大于1umol/m2s的照度。
第四章 補光燈優劣勢分析(中高端品質種植)
一、假設條件包括:
1. 一年以一季夏菊優香和一季秋菊神馬成花種植,日本市場品質為參考,最低照度75Lux。
2. 電費價格0.65元每度電。
3. 每季補光45天,每天平均4小時,每畝666平方米。
4. 燈具的典型價格是1整套燈的價格,包括燈頭。電感鈉燈包括降流器。
5. 維護成本是指每年每畝的維修人工和材料。
6. 維護成本的估算是在供配電系統設計合理無故障的情況下計算的。
7. 普通白光節能燈確保合格的照度,按照1年使用壽命計算。
8. 深紅色節能燈按照2年的使用壽命計算,但不確認使用效果。
二、連棟棚的結論:
1. 在白光節能燈初期投入低,長期使用成本高,主要原因是光衰導致壽命短。
2. 電子鈉燈初期投入比較高,長期使用成本低。
3. LED可能有機會成為用戶的選擇。
4. 人工成本上升導致維護成本越來越高。
三、8米單棟棚的結論:
1.前2年,除了深紅色LED外,各方案綜合成本相差不大,主要原因是,鈉燈因為沒有了四個方向光的相互補充,利用率下降,效率變低,造成成本上升。
2.數據顯示,在安裝高度相對較低的情況下,如3米以下的高度,LED可能會效益最好。
3.長期使用,電子鈉燈效益最好。
第五章 供電系統標準
農業溫室供電線路和配電箱存在的問題比較多,需要企業投入更大精力,按照科學合理的方法設計線路走向、選擇合適線材、選擇合適的配電箱和元件。重點提高安全性防止失火、降低故障率、節約用電費用。
補光供電系統的基本原則包括:
1. 從變壓器出來的主線一定需要一個總配電房,并確保干燥通風。
2. 從總配電房出來的主線一般不適合采用一套(三相四線)主線,一般三套比較合適,辦公區一套,生產區兩套。
3. 從主配電房出來的主線采用銅質線材比鋁質線材有優勢,盡管一次投入大,但通過節約用電和維護成本,三年一般可以收回銅鋁投資差價,強烈建議采用銅質主線。
4. 主線長度最好不要大于200米;如果大于200米,要選擇更粗一號的線徑,或者用多路主線;如果必須大于500米,需要專門的一套主線并加大線徑。一般不要大于500米,否則會導致線路損耗過大,電壓降低。
5. 主線不可以有接頭,即不可以兩線對接,這樣做非常不安全,容易導致重大事故。
6. 主線的接線必須采用接線端子,確保連接可靠。零線斷線會導致用電設備燒毀,容易燒水泵電機。主線零線斷線,會導致辦公區和食堂用電嚴重不安全,可能導致電飯鍋外殼帶電,危及人身安全。
7. 主配電室內的電容柜要每三年檢修一遍,發現電容漏油,需要更換。否則可能有罰款
8. 溫室內的配電箱應該采用不銹鋼配電箱,202材質的不銹鋼不貴,304材質的會比較貴。
9. 1.1KW、0.75KW的降溫風機、1.1KW以上的水泵,必須安裝缺相保護。否則,一旦缺相,線路上的三相電機將全部燒毀。
10. 棚內走線應該選用護套銅線,接線需要用防水膠布和電工膠布。
11. 配電箱內的多股軟線必須采用線鼻子,否則無法支撐多年的穩定運行。
12. 強烈建議供電線材選擇品牌國標產品。多數質量差的供電線的供電能力小于國標產品的一半,一旦采用,維修工作量大幅增加。
13. 電纜線徑是根據電流大小來選擇的不是負載功率。常見的溫室設備電流為:
A. 1.1KW風機:三相,每相3A
B. 0.75KW風機:三相,每相2.2A
C. 400瓦電感鈉燈:單相,4.5A
D. 250瓦電感鈉燈:單相,2.9A
E. 150瓦電感鈉燈:單相,2.2A
F. 100瓦電子鈉燈:單相,0.5A
G. 150瓦電子鈉燈:單相,0.8A
H.400瓦電子鈉燈:單相,2A
14. 線徑選擇可以按照以下方式進行。
表6 常用電纜載流量對照表
|
銅線線徑mm2 |
鋁線線徑mm2 |
載流量(A) |
備注 |
|
0.75 |
1 |
6 |
1. 線路長度大于100米,要用大一號線徑 2.線路長度大于500米,要用大兩號線徑 四芯電纜需要大一號線徑 盡可能 避免線路轉直角彎 |
|
1 |
1.5 |
8 |
|
|
1.5 |
2.5 |
13 |
|
|
2.5 |
4 |
22 |
|
|
4 |
6 |
30 |
|
|
6 |
10 |
42 |
|
|
10 |
16 |
54 |
|
|
16 |
25 |
70 |
|
|
25 |
35 |
88 |
|
|
35 |
50 |
105 |
|
|
50 |
70 |
148 |
|
|
70 |
95 |
160 |
|
|
95 |
120 |
210 |
|
|
120 |
150 |
240 |
|
|
150 |
180 |
288 |
第六章 幾種典型的補光系統規格
一、連棟8米跨3米肩高4.5米頂高薄膜溫室
目標80lux以上的面積占總面積的98%以上,全部保證70lux以上。
選擇電感150瓦鈉燈或者100瓦電子鈉燈。
安裝高度3.8米,以燈罩或者燈泡下沿到地面為準。
靠近棚邊的四周的燈,安裝時靠近棚邊1米,即本來是要安裝到一跨的中間的,到棚邊本應為4米,現在調整到3米的位置,從而確保邊緣照度。
棚子的四個角落好用大一號的補光燈,確保照度。即電感的采用250瓦的,電子的采用150瓦的。
以下圖為例,90米長,8米跨12跨。路與跨的方向垂直,沿著路走主線,共2個配電箱放在溫室路的門口和盡頭,每只配電箱控制6跨。
采用100瓦電子鎮流器鈉燈時,主線選擇1mm2雙芯銅質量護套線,帶一跨里的11只燈,電流小于6A。
采用電感鈉燈時,主線采用4mm2單芯銅線(散熱更好),帶一跨里11只燈,啟動電流小于26A,工作電流在20A左右,如果安裝補償電容(降流器),工作電流約為10A。
圖1 90米*96米連棟溫室的補光布局
一、單棟8米跨3米頂高薄膜溫室
目標80lux以上的面積占總面積的95%以上,70lux以上100%。
選擇電感150瓦鈉燈或者100瓦電子鈉燈,或者節能燈。
安裝高度,盡可能提高安裝高度,用足有限的3米高。
靠近棚頭和尾邊的兩只燈,要距離棚頭尾小于2.5米,從而確保棚頭尾照度。
以下圖為例,見圖2,45米長,8米跨。沿著棚頂走主線,一般三個棚使用一路控制,6個棚用一個配電箱。
采用100瓦電子鎮流器鈉燈時,主線選擇1mm2雙芯銅質量護套線,帶一個棚里的8只燈,電流約4A。
采用電感鈉燈時,主線采用2.5mm2單芯銅線(散熱更好),帶一棚里的8只燈,啟動電流小于20A,工作電流在15A左右,如果安裝補償電容(降流器),工作電流約為7A。
節能燈的排布如圖三,為確保照度,需要安裝3排節能燈,每3米一只,安裝高度1.7米。需要走3條線,每條線15只燈,每只燈按照0.2A計算,每條線3A,選0.5平方毫米的銅線。
圖2 45米*8米獨棟溫室的補光布局
圖3 45米*8米獨棟溫室的補光布局
一、7米跨北方日光溫室
目標80lux以上的面積占總面積的95%以上,70lux以上100%。
選擇電感150瓦鈉燈或者150瓦電子鈉燈。
盡可能提高安裝高度,電感鈉燈裝到中間,電子鈉燈裝到高點斜著向下照。
靠近棚頭和尾邊的兩只燈,要距離棚頭尾小于3米,從而確保棚頭尾照度。
以下圖為例,見圖4,45米長,電感鈉燈150瓦7只燈,7米跨。沿著棚頂走主線,一般三個棚使用一路控制,6個棚用一個配電箱。采用電感鈉燈時,主線采用2.5mm2單芯銅線(散熱更好),帶一棚里的7只燈,啟動電流小于17A,工作電流在13A左右,如果安裝補償電容(降流器),工作電流小于為6A。
圖4 45米*7米獨棟溫室的電感鈉燈補光布局
采用150瓦電子鎮流器鈉燈時,主線選擇1mm2雙芯銅質量護套線,帶一個棚里的5只燈,電流小于4A。
圖5 45米*7米獨棟溫室的電子補光布局
第七章 鳴謝與號召
上海芯智儂實業有限公司自愿起草此標準,目的是總結行業現有經驗,拓展新方法、發現新產品,為行業發展服務。
在此鳴謝給予支持的行業前輩,鳴謝那些默默無聞缺貢獻了自己費盡心血開發的補光方法和技巧!
我們號召行業同仁共同維護這個標準,加快技術升級換代!
起草:張誼文
聯系電話:13764318908
上海芯智儂實業有限公司
郵編:201108
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