РОЗДІЛ 2
ДЖЕРЕЛА ВИПРОМІНЮВАННЯ ДЛЯ СВІТЛОКУЛЬТУРИ РОСЛИН
2.1. Розробка методу оцінки фотосинтезної ефективності джерел випромінювання
Проблема кількісної оцінки ефективності дії випромінювання з різним
спектральним складом на ріст і розвиток рослин є важливою, оскільки вдалий
підбір ламп для світлокультури рослин закритого ґрунту пов’язаний з енерго- та
матеріалоощадністю даного технологічного процесу.
В усіх трьох підходах, розглянутих у підрозділі 1.6, для оцінки фотосинтезної
ефективності випромінювання необхідно знати спектральну густину потоку
випромінювання je(l). В більшості випадків ця величина записується у відносних
одиницях, і тому використати її у розрахунках є неможливим. У зв’язку з тим був
розроблений метод переходу для je(l) від відносних одиниць до фотосинтезно
ефективних або енергетичних та розрахунку фотосинтезного потоку, потоку ФАР і
оцінки ККД джерел випромінювання, опублікований в [169].
Для проведення розрахунків необхідно мати світловий потік та спектральний
розподіл випромінювання джерела. Світловий потік вимірювався у фотометричній
лабораторії ВАТ «Ватра» за допомогою фотометричної кулі Тейлора з селеновим
приймачем, спектральна чутливість якого нормалізована функцією відносної
спектральної світлової ефективності випромінювання V(l) для денного зору.
Запишемо світловий потік ДВ:
(2.1)
де m – масштабний коефіцієнт;
je(l) – функція відносного спектрального розподілу випромінювання, в.о.;
V(l) – відносна спектральна світлова ефективність монохроматичного
випромінювання, в.о.
Інтеграл дорівнює площі фігури обмеженої графіком добутку функцій je(l)ЧV(l) та
віссю довжин хвиль. Площа визначалась по спеціально розробленій програмі із
графіків спектрального розподілу випромінювання досліджуваних ламп згідно
виразу:
По виміряному світловому потокові та визначеній площі Sc визначався масштабний
коефіцієнт m (Вт/мм2) за формулою
(2.2)
Повний потік випромінювання, який припадає на видиму область спектру Фе або
потік ФАР (Вт), визначався через коефіцієнт m та інтеграл , який дорівнює площі
під графіком jе(l) для відповідного джерела, за формулами:
, . (2.3)
Фотосинтезний потік або фітопотік Ффс, визначався як добуток:
(2.4)
де Vфс(l) – відносна спектральна фотосинтезна ефективність ОВ, наведена в
таблиці 1.4 і на рис. 1.12, в.о.;
Sфс – площа під графіком добутку функцій Vфс(l)Чje(l), мм2.
Коефіцієнт корисної дії джерела для світлового та фотосинтезного потоку
визначався згідно формул:
(2.5)
(2.6)
Даний метод дозволяє проводити взаємний перехід між системами ефективних
величин, за рахунок введення масштабного множника, і, таким чином, здійснювати
підбір найбільш ефективних ДВ для різних оптичних технологій. При визначенні
масштабного коефіцієнта, крім світлового потоку лампи також необхідно знати і
площі під графіками je(l)ЧV(l) та je(l)ЧVеф(l). Відносна похибка вимірювання Ф
у фотометричній кулі не перевищує 5%. При визначенні площі під графіками в
більшості випадків користуються графічним методом, похибка якого залежить від
суб’єктивного фактора і сягає і 25%. Крім того такі розрахунки забирають багато
часу і вимагають кропіткої праці. Точність і швидкість розрахунків можна
підвищити, якщо проводити їх на ПЕОМ. Проведена оцінка відносної похибки
запропонованого методу визначення ефективності ДВ не перевищувала 7...10%.
Алгоритм розрахунку фотосинтезної ефективності ДВ:
* виходячи із експериментальних спектральних вимірювань або за допомогою
сканера, якщо функції спектрального розподілу наведені графічно, отримуємо на
екрані дисплея графіки je(l), V(l), Vфс(l);
* графіки je(l), V(l), Vфс(l) представляємо у вигляді таблиць із заданим кроком
Dl;
* знаходимо табличні значення добутку функцій je(l)ЧV(l), je(l)ЧVфс(l), будуємо
відповідні графіки і визначаємо площі Sс, Sфс та Sе;
* по відомому світловому потоку визначаємо масштабний коефіцієнт площі m;
* знаходимо Фе, Ффс та коефіцієнт корисної дії джерела для світлового,
фотосинтезного потоків та потоку ФАР.
Також проводилася порівняльна оцінка фотосинтезної ефективності джерел
випромінювання, фотосинтезний потік яких записувався у вигляді суми (1.11)
потоків в окремих областях спектру, визначених згідно ОСТ 46 140-83. Це є
важливим при виборі джерел випромінювання для дослідження впливу різних
пігментів на фотосинтез та ріст і розвиток рослин.
Представлена в ОСТ 46 140-83 наближена формула визначення і-тої складової
фотосинтезного потоку
(2.7)
була замінена більш точною формулою:
(2.8)
де – площа під графіком добутку функцій jе(l)ЧVфс(l) на ділянці спектру (li?1,
lі);
m – масштабний коефіцієнт площі, визначений згідно (2.2).
В результаті по вище описаній програмі були проведені розрахунки Ффсі для
виділених спектральних областей (li-1, lі).
На основі проведених нами розрахунків та порівняльного аналізу з результатами,
приведеними в [162-165], були отримані основні параметри фотобіологічної
цінності джерел випромінювання, які наведені в таблицях 2.1 та 2.2.
Таблиця 2.1
Параметри фотобіологічної цінності джерел випромінювання згідно (2.3, 2.4).
Тип джерела випроміню-вання
Світ-ловий потік, клм
Повний потік випро-мінювання, Вт
Фіто-потік, фіт
Коефіцієнт корисної дії, %
Фітовід-дача джерела, фіт/Вт
Світло-віддача джерела, лм/Вт
Віддача джерела в області ФАР
фото-синтезної
світло-вої
ДБРНаТ-100
20.6
10.2
49.3
49.9
0.102
70
0.21
ДРЛФ-400
20
52.9
27.9
52.2
55.6
0.070
50
0.13
ДНаТ-400
47.5
106.9
56.1
52.5
65.3
0.140
118.8
0.27
ДРФ-1000
72
36.8
106.3
44.9
44.7
0.106
72
0.24
ДРИ-1000-2
70
273.6
134.7
49.2
37.6
0.134
70
0.27
ДРИ-2000-2
190
476
234
49.2
58.7
0.117
95
0.24
Д
- Київ+380960830922