Kā irLED gaismas jaudas blīvumslauksaimniecības siltumnīcām aprēķināts?
|
1. Galvenie jēdzieni un faktori, kas ietekmē jaudas blīvuma aprēķinu 2. Aprēķinu metodes 3. Aprēķinu piemērs 4. Praktiski apsvērumi un optimizācija |
LED apgaismojuma jaudas blīvuma aprēķins lauksaimniecības siltumnīcās ir būtisks aspekts, lai optimizētu augu augšanu, energoefektivitāti un kopējās audzēšanas izmaksas. Jaudas blīvums attiecas uz elektroenerģijas daudzumu uz laukuma vienību, ko nodrošina LED apgaismojuma sistēmas siltumnīcās. Precīzs aprēķins palīdz audzētājiem atrast līdzsvaru starp pietiekamu gaismas nodrošināšanu fotosintēzei un enerģijas patēriņa samazināšanu. Šajā rakstā tiks aplūkotas galvenās sastāvdaļas, metodes un praktiskie piemēri LED apgaismojuma jaudas blīvuma aprēķināšanai lauksaimniecības siltumnīcām.
1. Galvenie jēdzieni un faktori, kas ietekmē jaudas blīvuma aprēķinu
1.1. Fotosintētiski aktīvais starojums (PAR)
PAR ir gaismas spektrālais diapazons (400 - 700 nm), ko augi izmanto fotosintēzei. LED gaismas nodrošinātais PAR daudzums tieši ietekmē augu augšanu. Aprēķinot jaudas blīvumu, būtisks apsvērums ir attiecība starp elektrisko jaudu un iegūto LED gaismu PAR izvadi. Dažādiem LED modeļiem ir atšķirīga efektivitāte, pārveidojot elektroenerģiju par PAR, un šī efektivitātes attiecība, kas bieži izteikta kā μmol/J (mikromoļi fotonu uz enerģijas džoulu), ir izšķiroši aprēķina dati.
1.2. Augu sugas un augšanas stadija
Katrai augu sugai ir īpašas gaismas prasības. Piemēram, lapu zaļumiem, piemēram, salātiem, parasti ir nepieciešams mazāk gaismas, salīdzinot ar augsti - gaismas - prasīgiem augiem, piemēram, tomātiem vai papriku. Turklāt augiem dažādos augšanas posmos ir dažādas gaismas vajadzības. Stādiem parasti ir nepieciešama mazāk intensīva gaisma nekā ziedošiem vai augļu augiem. Šie faktori nosaka mērķa PAR līmeņus, kas savukārt ietekmē jaudas blīvuma aprēķinu.
1.3. Siltumnīcas izkārtojums un struktūra
Siltumnīcas izmērs un forma, augu dobju vai plauktu izvietojums un augšanas zonas augstums ietekmē to, kā tiek uzstādītas LED gaismas un cik daudz gaismas sasniedz augus. Augstākai siltumnīcai var būt nepieciešamas jaudīgākas LED gaismas, lai nodrošinātu, ka augi zemākā līmenī saņem atbilstošu apgaismojumu, tādējādi ietekmējot kopējo jaudas blīvumu.
2. Aprēķinu metodes
2.1. Mērķa PAR līmeņu noteikšana
Pirmkārt, audzētājiem ir jāizpēta un jānosaka atbilstošie PAR līmeņi konkrētajai augu sugai un augšanas stadijai. Piemēram, veģetatīvā stadijā salāti var attīstīties ar PAR līmeni 150 - 200 μmol/m²/s, savukārt tomātu augiem ziedēšanas stadijā var būt nepieciešams 300 - 500 μmol/m²/s. Šīs vērtības kalpo par pamatu turpmākajiem aprēķiniem.
2.2 LED gaismas jaudas mērīšana
Audzētājiem jāiegūst dati par izvēlēto LED lukturu PAR jaudu. Šo informāciju parasti norāda LED ražotājs produkta specifikācijās. PAR izvadi parasti mēra μmol/m²/s noteiktā attālumā no gaismas avota. Piemēram, LED augšanas gaismas PAR jauda var būt 300 μmol/m²/s 30 cm attālumā no gaismas.
2.3. Jaudas blīvuma aprēķināšana
Pamatformula jaudas blīvuma aprēķināšanai ir:
kur LED PAR efektivitāte ir PAR daudzums (μmol), kas saražots uz vienu džoulu elektroenerģijas, ko patērē LED gaisma.
3. Aprēķinu piemērs
1. piemērs: salātu audzēšana mazā siltumnīcā
Siltumnīcas informācija: Siltumnīcas platība ir 50 m².
Augu prasības: Salātiem veģetatīvā stadijā nepieciešams mērķa PAR līmenis 180 μmol/m²/s.
LED gaismas dati: izvēlētajām LED gaismām vēlamajā uzstādīšanas augstumā ir PAR efektivitāte 2,0 μmol/J un PAR jauda 250 μmol/m²/s.
Vispirms aprēķiniet kopējo PAR, kas nepieciešams visai siltumnīcas platībai:
2. piemērs: tomātu audzēšana lielākā siltumnīcā
Siltumnīcas informācija: Siltumnīcas platība 200 m².
Augu prasības: tomātiem ziedēšanas stadijā nepieciešams mērķa PAR līmenis 400 μmol/m²/s.
LED gaismas dati: Izvēlētajām LED gaismām atbilstošā uzstādīšanas augstumā ir PAR efektivitāte 2,2 μmol/J un PAR jauda 350 μmol/m²/s.
Aprēķiniet kopējo nepieciešamo PAR:
| Piemērs | Augu sugas | Izaugsmes posms | Siltumnīcas platība (m²) | Mērķa PAR (μmol/m²/s) | LED PAR efektivitāte (μmol/J) | Jaudas blīvums (W/m²) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Salāti | Veģetatīvs | 50 | 180 | 2.0 | 90 |
| 2 | Tomāts | Ziedēšana | 200 | 400 | 2.2 | 182 |
4. Praktiski apsvērumi un optimizācija
4.1. Gaismas sadalījums
Papildus jaudas blīvumam būtiska ir arī vienmērīga gaismas sadale siltumnīcā. Nevienmērīgs gaismas sadalījums var izraisīt nevienmērīgu augu augšanu. LED apgaismojuma sistēmas jāprojektē un jāuzstāda tā, lai nodrošinātu, ka jaudas blīvums ir vienmērīgi sadalīts visā audzēšanas zonā. Tas var ietvert atstarotāju, difuzoru izmantošanu vai pareizu atstarpi starp LED ķermeņiem.
4.2. Energoefektivitāte
Lai gan ir ļoti svarīgi nodrošināt pietiekamu apgaismojumu, audzētājiem ir jāņem vērā arī enerģijas izmaksas. Izvēloties augstas - efektivitātes LED gaismas ar augstu PAR jaudu uz vatu, var samazināt jaudas blīvuma prasības, vienlaikus apmierinot augu apgaismojuma vajadzības. Turklāt, izmantojot viedās apgaismojuma vadības sistēmas, kas regulē gaismas intensitāti, pamatojoties uz augu augšanas stadiju, diennakts laiku un dabiskā apgaismojuma pieejamību, var vēl vairāk optimizēt enerģijas patēriņu.
4.3. Izmaksu - ieguvumu analīze
Jaudas blīvuma aprēķināšana ietver arī izmaksu - ieguvumu analīzi. Lielāks jaudas blīvums var veicināt labāku augu augšanu un ražu, bet arī palielināt enerģijas patēriņu un sākotnējās investīciju izmaksas apgaismes iekārtām. Audzētājiem ir jāsabalansē šie faktori, lai noteiktu visdārgāko - efektīvo jaudas blīvumu viņu konkrētajām siltumnīcas darbībām.
NobeigumāLED gaismas jaudas blīvuma aprēķināšana lauksaimniecības siltumnīcām ir sarežģīts, bet būtisks process. Apsverot tādus faktorus kā augu prasības, LED gaismas raksturlielumi un siltumnīcas izkārtojums, audzētāji var precīzi noteikt piemērotu jaudas blīvumu, lai veicinātu veselīgu augu augšanu, optimizētu enerģijas izmantošanu un panāktu siltumnīcu audzēšanas ekonomisko dzīvotspēju.
