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芯智侬发布切菊补光标准征求意见版V0.1

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2017-2-6     浏览次数:    
第一章  标准的起源和目的

祭祀用鲜切菊花在中国已经大规模种植很多年,《切菊补光标准》能够帮助企业降低初次安装费用、提升管理水平、提高效益。

切菊补光的目的是控制花期,一方面使植株达到一定规格后才同时进行花芽分化并孕育花蕾,另一方面确保实现周年生产。

现阶段,菊花补光技术没有统一标准,新兴企业从老企业学习相关技术。在这个过程中,企业对光照强度要求、补光灯选择、安装排布、走  线、控制箱、使用方法等等方面,都有各自的理解和操作方式,导致普遍存在光照强度不足不够均匀、供电故障多、高能耗,部分存在严重的安全隐患而全然不知,直到造成严重损失也未必理解其原因。

《切菊补光标准》的目的是为切菊育苗和成花企业提供补光技术参考,在补光系统设计、运行、维护、改造过程中,提供经过严格理论和实际应用验证的方式和方法,避免企业在补光相关问题上浪费人力和财力资源。

本标准采用简洁易懂的语言,以帮助企业盈利为根本出发点,采取谦虚谨慎、开放、包容的态度,欢迎业内专家指正并逐步完善。

第二章    切菊补光方法和参数

一、概述

补光系统有三个基本问题,解决了这些问题就解决了补光的问题,目的是利用有限的财力达到效益最好。

1.选择灯种类:即选择光谱,选择补光灯也就选定了光谱。

2.灯具安装排布:补光灯排布决定光照强度和均匀度以及耗电水平。

3.如何使用:就是什么时间开灯,什么时间关灯。

 

二、光照强度和时间

光照强度方面需要注意的问题包括:

1. 照度表的品牌很多,且其精度差别很大,多达40%。以下数据以TES1332A这款照度表为准,经验证,多只这款同型号表进行对照,差异很小。

2. 补光所需要的光照强度不是绝对的,和很多因素有关,比如菊花品种不同补光照度就不同,但一个可靠的照度是存在的。以下照度都是指可靠照度,是苗冠处的最低照度。

3. 以下照度以高压钠灯和白色节能灯为准。

照射时间:常规的照射时间是22:00~2:00。考虑到供电能力不足时,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。照射时间和天气、品 种、纬度都有关,照射时间需要根据实际情况调整。

 

三、光谱(即补光灯总类)选择

理论上,理想的光谱中心可能在660~720nm之间,这是红光区间。越远离这个范围,就需要越强的光来达到花芽分化抑制的目的,而在这中间的某个波长的光,20Lux以内就可能可以达成花期调控的目的,但具体哪个光谱还没有公认的结论。

钠灯的理论光谱中心是589.2nm,实际的产品中,可以把590~610nm之间做出两个峰值,这会使补光效果更好。钠灯的光谱就是在这个范围,不在这个范围的“高压钠灯”就一定不是钠灯了,因为钠元素对应的光谱就是这个范围。

节能灯光谱很分散,可以有多种光谱。因为照明用的白光节能灯使用量最大,所以最便宜。

LED灯有各种光谱的,用LED实现花期控制,无法确定用多强的照度,因为不同光谱的照度不同,只能由技术员通过实验确认。

白炽灯的光谱不是最理想的,但是是最全面的,最接近太阳光的。单纯看白炽灯的光谱,也不适合切菊补光,因为这种光谱中的大部分能量都是完全没有用的,有用光谱少,所以需要比较大的功率,所以很费电。白炽灯基本已经被行业淘汰。

三、补光灯的排布、补光灯的发光、落光

补光灯的排布密度直接影响光照效果和成本。下文会重点给出不同温室补光的排布的方式和技巧。

补光灯的发光原则是:

1. 尽可能确保发出来的直射光都向下照,而不是部分直接射向棚顶。

2. 好的补光灯以及安装排布,可以使尽可能多的光落到种植区,而不是棚子的侧面。

3. 好的补光灯,可以确保灯下没有亮斑,各处光照均匀。

四、补光技巧

1. 间歇补光:在相同的补光时间范围内,开一段时间(如15分钟)关一段时间(如15分钟)再开再关,可以达到和连续灯同样的花芽分化抑制的效果。这个结论很可能是成立的,但每个种植基地在大规模使用这个方法以前,必须做小规模验证。

2. 二次电照:在消灯(完成营养生长,开始花芽分化的第一步是夜间停止补光,叫消灯)后的第11天~15天,这5天夜里,整夜补光,可以使花瓣花头品质更好。此技术的使用需要在技术员的指导下进行。

第三章    补光灯种类和技术要求

切菊补光采用电感钠灯的主要是大中型企业,针对日本市场订单销售的为主,除了海南以外,大型企业多采用电感钠灯,典型代表包括上海虹华、昆明虹之华、昆明丰岛、昆明美天骄、厦门育培、上海天禄、上海种业、徐州春淼、辽宁佳禾、张家港骏马等。

也有众多企业采用节能灯,如海南的几乎所有企业,丰岛浙江的几个基地,以及众多中小型和新兴企业。

少部分企业全部或部分采用电子钠灯。

极个别企业在尝试红紫光节能灯和LED。

 

一、菊花补光灯的基本要求

 

二、电感钠灯

电感钠灯使用方便,寿命很长。市场上以亚明的电感镇流器+启动器+灯泡三件套为主,但假冒产品很多。亚明产品型号如下:

电感钠灯缺点:

1. 启动器故障率高,第二年开始,每年损坏超过10%,并很可能在五年内全部损坏,导致维修工作相对较量大;

2. 电感钠灯电流很大,计算功率时经常被错认为150瓦电感钠灯的电流是150瓦除以220伏,约为0.7安培。实际上电感钠灯的启动电流约为2.2A,稳定工作电流约为1.8A,这常常导致供电线路过热和开关跳闸。因此,使用电感钠灯必须采用末端功率补偿电容,俗称降流器,约25元。合理安装降流器,可以使电流下降到约0.8安培。另外,150瓦电感钠灯实际消耗功率和电压有关,在电压为220伏时,消耗功率约为170瓦,其中,约136瓦的能量被传输到灯泡,其余的被电感镇流器消耗掉,所以,电感镇流器会很热。

3. 和电感钠灯配合使用的绿皮灯罩虽然单价很低,但质量较差。一方面反光效果很差,另外一方面,使用两年后,灯罩上下两部分很可能开裂脱落。

4. 150瓦电感钠灯使用的灯头是很关键的,大部分企业在最初使用阶段都有过采购质量差的灯头的经历。这个灯头里面的触点经常烧毁,同时会烧毁灯泡。所以灯头需要采购国标产品,灯头很小也很便宜,但采购到质量好的不容易。

5. 一般情况下,灯泡5年更换一遍;启动器和灯罩3到4年需要更换。因为,严格要求花的品质的情况下,就不能等灯泡完全不亮了才更换,一般,成花种植使用4年之后,灯泡的光衰会接近20%,建议换灯泡。灯泡老化到最后的特点是,上电后发出很亮的白光,之后逐渐变暗变红再正常发光,但这时的发光效率已经很低了,很费电发出的光却很少。

电感钠灯的主要完善方向是:购买亚明正品,选择合适的灯罩和灯头,选择合适的启动器,亚明有3个脚的产品质量会好很多,安装补偿电容。

三、节能灯

节能灯的优势是一次投入可以比较低,比如采购13元一只的产品,当然这可能无法满足优香夏菊的品质要求,但对海南冬季的神马、以及定位在韩国和内销的菊花种植企业,这也是一个选择。另外,对于棚室高度很低,或者半露天、经常有台风的地区,节能灯也有一次投入低的优势。

节能灯的品牌很多,价格从10元到26元的都有。贵的产品贵在足功率(市场上多数产品的功率都达不到宣称的功率指标,当然亮度也就不够),而且光衰略小(荧光粉质量好),防水特性好故障率低,电流很小(一般灯泡上标的“λ>0.9”说明电流很小,相反,如果标“λ>0.5”,电流会大一倍)。合格的36瓦节能灯,“λ>0.55”的,一只灯的电流约为0.3A;“λ>0.9”的,电流约为0.18A。常见的36瓦节能灯,以13元的为例,基本都是23瓦左右,电流为0.17A左右。

容易混淆的问题有两个。一是,和高压钠灯相比,节能灯不节能,用电量比钠灯要多30%左右。二是,节能灯的使用寿命应该这样理解,第一季种植,节能灯表现良好;第二季种植表现不甚好;第三季会影响品质,因为品质的降低和维修人工上升带来的损失可能大于更换节能灯;第四季基本不可用了,尽管大多数还能亮,但和新灯相比光衰已经很明显了。所以,从效益上看,节能灯适合种2季菊花。

选择节能灯,需要注意灯的防水防潮能力,需要注意是否功率达到标称功率,需要注意“λ>0.9”(达到0.9的少),螺旋的比U型的要好些。

节能灯应用的最大问题是缺少一款合适的灯罩,目前还没有发现合适的产品。

四、电子钠灯

电子钠灯是电感高压钠灯的升级产品,电子钠灯和电感钠灯采用的灯泡是相同的,发出的光谱是相同的,其中心频率在590~610nm之间。未来10年,电子钠灯将全面替代电感钠灯,但电子钠灯目前价格还比较高,其价格大幅度下降会发生在铜铝价格进一步上涨之后,因为电感镇流器是用铜或者铝线绕制的。

所谓电子钠灯,就是把电感钠灯的镇流器的功能通过电子电路实现。

事实上,在十多年以前U型和螺旋节能灯出现之前,只有直管节能灯。当时的直管节能灯使用的镇流器都是采用电感镇流器的,并配有“跳泡”,即启动器。后来,飞利浦发明了电子镇流器,非常小巧可以装到灯头里,才出现了U型管和螺旋节能灯。到目前为止,几乎所有的节能灯都采用电子镇流器。

电子钠灯比电感钠灯有了以下的改进:

1. 工作电压范围很宽,可以做到110V到300V范围内,稳定工作,且消耗电能不变,照度不变。

2. 软启动,可以调光强,可以输出故障报警信号。

3. 不需要装降流器(电容补偿)电流达到最小,对供电线路和开关电闸非常有利。4只100瓦电子钠灯和一只150瓦电感钠灯的电流相当,也就是可以多装3倍的灯。

4. 电子钠灯取消了启动器,使得维修工作量大大减少。

5. 灯泡的寿命大大延长,光衰明显减小,因为电子镇流器里面的微型电脑可以检测灯泡的温度和寿命状态,根据不同状态软启动,减小了开灯时对灯泡的猛烈冲击。

6. 植物补光专用的电子钠灯优化的灯罩的设计,充分利用了灯泡发出的光,提高了光照的均匀度。

从全球来看,植物补光灯的主流产品是电子钠灯,发展趋势之一是LED。

五、深红色节能灯

节能灯的发展方向是完善其固有缺陷(包括光衰等)的基础上,改善光谱结构,使其更适合切菊光周期调控,花芽分化抑制效果更好。部分欧洲数据认为,700nm的光对花芽分化抑制的效率最高,用10lux就可以可靠抑制花芽分化;部分日本数据认为,660nm的光对花芽分化抑制效果最好。大概可以确定最合适的光谱在660~700nm(深红色)之间。

节能灯是通过电子激发荧光粉发光的,选择特殊的荧光粉,可以发出合适光谱的光,问题是如何不降低发光效率,并减缓光衰的速度,这取决于荧光粉的质量。

深红色节能灯,可以用更低的照度达到控制花芽分化的效果,但具体到不同光谱,所需要的照度值还没有行业统一的看法,只能依靠尝试。理论上是越红,照度可以越低,一般越红的节能灯,其发光效率也越低。

深红色节能灯以上海合鸣、河北万佳的为主,上海芯智侬也在开发类似产品。

如果发光效率不因为改变光谱而降低,用20瓦左右的节能灯可能可以替代36瓦的白光节能灯,照射9平方米。

20多瓦深红色节能灯价格在16~35元之间,如果光衰比较小,这也是不错的选择,尤其在灯具可安装高度只有2米以下的情况下。

事实上,深红色节能灯可能有比较大的机会。在深红色LED产品价格大幅度下降以前,深红色节能灯应该还有机会被大规模使用。

 

六、深红色LED灯

深红色LED灯的产品和技术还不成熟,针对切菊光周期调控,在国内还没有很有竞争力的产品。

表面看来,是价格贵。深层次原因是,LED产业巨头都在普通照明行业大展拳脚,还没有任何一家大公司为植物补光行业开发专用LED灯珠;另外一方面,越是行业投入少,技术进步越慢,到2014年为止,切菊所需要的深红色光谱对应的灯珠发光效率还是很低,尽管理论上可以做得很高。

因此,可以预判,可用的切菊LED补光灯还需要若干年价格才能足够有竞争力。

理想的切菊补光LED光谱应该在660~710nm之间,发光效率应该大于2umol/sw,发光角度应该为90°左右,6瓦(整灯小于9瓦)的LED灯应该就可以替代36瓦节能灯,安装到1.6米的高度上可以提供最低点大于1umol/m2s的照度。

第四章   补光灯优劣势分析(中高端品质种植)

一、假设条件包括:

1. 一年以一季夏菊优香和一季秋菊神马成花种植,日本市场品质为参考,最低照度75Lux。

2. 电费价格0.65元每度电。

3. 每季补光45天,每天平均4小时,每亩666平方米。

4. 灯具的典型价格是1整套灯的价格,包括灯头。电感钠灯包括降流器。

5. 维护成本是指每年每亩的维修人工和材料。

6. 维护成本的估算是在供配电系统设计合理无故障的情况下计算的。

7. 普通白光节能灯确保合格的照度,按照1年使用寿命计算。

8. 深红色节能灯按照2年的使用寿命计算,但不确认使用效果。

 

二、连栋棚的结论:

1. 在白光节能灯初期投入低,长期使用成本高,主要原因是光衰导致寿命短。

2. 电子钠灯初期投入比较高,长期使用成本最低。

3. LED可能有机会成为高端用户的首选。

4. 人工成本上升导致维护成本越来越高。

 

 

三、8米单栋棚的结论:

1.前2年,除了深红色LED外,各方案综合成本相差不大,主要原因是,钠灯因为没有了四个方向光的相互补充,利用率下降,效率变低,造成成本上升。

2.数据显示,在安装高度相对较低的情况下,如3米以下的高度,LED可能会效益最好。

3.长期使用,电子钠灯效益最好。

 

第五章    供电系统标准

农业温室供电线路和配电箱存在的问题比较多,需要企业投入更大精力,按照科学合理的方法设计线路走向、选择合适线材、选择合适的配电箱和元件。重点提高安全性防止失火、降低故障率、节约用电费用。

补光供电系统的基本原则包括:

1. 从变压器出来的主线一定需要一个总配电房,并确保干燥通风。

2. 从总配电房出来的主线一般不适合采用一套(三相四线)主线,一般三套比较合适,办公区一套,生产区两套。

3. 从主配电房出来的主线采用铜质线材比铝质线材有优势,尽管一次投入大,但通过节约用电和维护成本,三年一般可以收回铜铝投资差价,强烈建议采用铜质主线。

4. 主线长度最好不要大于200米;如果大于200米,要选择更粗一号的线径,或者用多路主线;如果必须大于500米,需要专门的一套主线并加大线径。一般不要大于500米,否则会导致线路损耗过大,电压降低。

5. 主线不可以有接头,即不可以两线对接,这样做非常不安全,容易导致重大事故。

6. 主线的接线必须采用接线端子,确保连接可靠。零线断线会导致用电设备烧毁,最容易烧水泵电机。主线零线断线,会导致办公区和食堂用电严重不安全,可能导致电饭锅外壳带电,危及人身安全。

7. 主配电室内的电容柜要每三年检修一遍,发现电容漏油,需要更换。否则可能有罚款

8. 温室内的配电箱应该采用不锈钢配电箱,202材质的不锈钢不贵,304材质的会比较贵。

9. 1.1KW、0.75KW的降温风机、1.1KW以上的水泵,必须安装缺相保护。否则,一旦缺相,线路上的三相电机将全部烧毁。

10. 棚内走线应该选用护套铜线,接线需要用防水胶布和电工胶布。

11. 配电箱内的多股软线必须采用线鼻子,否则无法支撑多年的稳定运行。

12. 强烈建议供电线材选择品牌国标产品。多数质量差的供电线的供电能力小于国标产品的一半,一旦采用,维修工作量大幅增加。

13. 电缆线径是根据电流大小来选择的不是负载功率。常见的温室设备电流为:

A. 1.1KW风机:三相,每相3A

B. 0.75KW风机:三相,每相2.2A

C. 400瓦电感钠灯:单相,4.5A

D. 250瓦电感钠灯:单相,2.9A

E. 150瓦电感钠灯:单相,2.2A

F. 100瓦电子钠灯:单相,0.5A

G. 150瓦电子钠灯:单相,0.8A

H.400瓦电子钠灯:单相,2A

14. 线径选择可以按照以下方式进行。


表6 常用电缆载流量对照表

铜线线径mm2

铝线线径mm2

载流量(A)

备注

0.75

1

6

1. 线路长度大于100米,要用大一号线径

2.线路长度大于500米,要用大两号线径

四芯电缆需要大一号线径

尽可能 避免线路转直角弯

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    几种典型的补光系统规格

一、连栋8米跨3米肩高4.5米顶高薄膜温室

目标80lux以上的面积占总面积的98%以上,全部保证70lux以上。

选择电感150瓦钠灯或者100瓦电子钠灯。

安装高度3.8米,以灯罩或者灯泡下沿到地面为准。

靠近棚边的四周的灯,安装时靠近棚边1米,即本来是要安装到一跨的中间的,到棚边本应为4米,现在调整到3米的位置,从而确保边缘照度。

棚子的四个角落最好用大一号的补光灯,确保照度。即电感的采用250瓦的,电子的采用150瓦的。

以下图为例,90米长,8米跨12跨。路与跨的方向垂直,沿着路走主线,共2个配电箱放在温室路的门口和尽头,每只配电箱控制6跨。

采用100瓦电子镇流器钠灯时,主线选择1mm2双芯铜质量护套线,带一跨里的11只灯,电流小于6A。

采用电感钠灯时,主线采用4mm2单芯铜线(散热更好),带一跨里11只灯,启动电流小于26A,工作电流在20A左右,如果安装补偿电容(降流器),工作电流约为10A。

图1 90米*96米连栋温室的补光布局

一、单栋8米跨3米顶高薄膜温室

目标80lux以上的面积占总面积的95%以上,70lux以上100%。

选择电感150瓦钠灯或者100瓦电子钠灯,或者节能灯。

安装高度,尽可能提高安装高度,用足有限的3米高。

靠近棚头和尾边的两只灯,要距离棚头尾小于2.5米,从而确保棚头尾照度。

以下图为例,见图2,45米长,8米跨。沿着棚顶走主线,一般三个棚使用一路控制,6个棚用一个配电箱。

采用100瓦电子镇流器钠灯时,主线选择1mm2双芯铜质量护套线,带一个棚里的8只灯,电流约4A。

采用电感钠灯时,主线采用2.5mm2单芯铜线(散热更好),带一棚里的8只灯,启动电流小于20A,工作电流在15A左右,如果安装补偿电容(降流器),工作电流约为7A。

节能灯的排布如图三,为确保照度,需要安装3排节能灯,每3米一只,安装高度1.7米。需要走3条线,每条线15只灯,每只灯按照0.2A计算,每条线3A,选0.5平方毫米的铜线。

图2 45米*8米独栋温室的补光布局

 

 

图3 45米*8米独栋温室的补光布局

 

一、7米跨北方日光温室

目标80lux以上的面积占总面积的95%以上,70lux以上100%。

选择电感150瓦钠灯或者150瓦电子钠灯。

尽可能提高安装高度,电感钠灯装到中间,电子钠灯装到最高点斜着向下照。

靠近棚头和尾边的两只灯,要距离棚头尾小于3米,从而确保棚头尾照度。

以下图为例,见图4,45米长,电感钠灯150瓦7只灯,7米跨。沿着棚顶走主线,一般三个棚使用一路控制,6个棚用一个配电箱。采用电感钠灯时,主线采用2.5mm2单芯铜线(散热更好),带一棚里的7只灯,启动电流小于17A,工作电流在13A左右,如果安装补偿电容(降流器),工作电流小于为6A。

图4 45米*7米独栋温室的电感钠灯补光布局

 

采用150瓦电子镇流器钠灯时,主线选择1mm2双芯铜质量护套线,带一个棚里的5只灯,电流小于4A。

图5 45米*7米独栋温室的电子补光布局

 

第七章 鸣谢与号召

必发365bifa0000_必发365乐趣网【www.bifa365.com】自愿起草此标准,目的是总结行业现有经验,拓展新方法、发现新产品,为行业发展服务。

在此鸣谢给予支持的行业前辈,鸣谢那些默默无闻缺贡献了自己费尽心血开发的补光方法和技巧!

我们号召行业同仁共同维护这个标准,加快技术升级换代!

 

起草:张谊文

联系电话:13764318908

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