第 12 期 中 國(guó) 照 明 電 器 No 12 2018 年 12 月 CHINA LIGHT LIGHTING December 2018 櫔櫔櫔櫔 櫔 櫔櫔櫔櫔 櫔 毆 毆 毆 毆 國(guó)外 報(bào)道 文 章 編號(hào) 1002 6150 2018 12 039 11 LED 和 HID 園藝燈具測(cè)試報(bào)告 下 章 爻 編 譯 LED and HID Horticultural Luminaire Testing Report II Leora C Radetsky Lighting Research Center Rensselaer Polytechnic Institute 續(xù) 上 期 6 光合光子強(qiáng)度分布 縮寫(xiě) 符號(hào) Ip 單位 mol sr s 光合光強(qiáng)分布是在最大光強(qiáng)的兩個(gè)二維平面上 顯示光合光子強(qiáng)度的空間分布 蝙蝠翼 型的光合 光子強(qiáng)度分布可以在更寬區(qū)域范圍提供更均勻的 PPFD 垂直角較高強(qiáng)度較高 這是照明布局的典型 目標(biāo) 計(jì)算 光合光子強(qiáng)度是單位球面角的 PPF 值 將 IES 文件中給出的發(fā)光強(qiáng)度值轉(zhuǎn)換為光合光子強(qiáng)度 值 使用絕對(duì) SPD 數(shù)據(jù) 進(jìn)行計(jì)算 7 相對(duì) SPD 和不同垂直角度下的輻射通量百 分比 縮寫(xiě) 符號(hào) N A 照明設(shè)備顏色均勻性的量度 它以兩種方式計(jì) 算和呈現(xiàn) 一是不同垂直角下輻射通量百分比的表 格 二是不同垂直角度下相對(duì) SPD 值的圖形 可以 使用這些信息來(lái)評(píng)估作物位于不同位置時(shí)的 SPD 值 即比較作物直接在燈具下方和離開(kāi)燈具一定距離 時(shí) SPD 值的變化情況 計(jì)算 在 6 個(gè)垂直角位置 每一處測(cè)得的 SPD 值 都被標(biāo)準(zhǔn)化 使得最大輻射功率被設(shè)置為等于 1 輻 射通量被整合在特定波段 UV 350 400 nm 藍(lán)光 400 500 nm 紅光 600 700 nm 遠(yuǎn)紅光 700 800 nm 并且針對(duì)每個(gè)垂直角計(jì)算輻射通量百分比和藍(lán) 光 紅光比率及紅光 遠(yuǎn)紅光比率 3 2 2 特定應(yīng)用的指標(biāo) 園藝燈具的比較不應(yīng)僅在燈具性能水平上進(jìn)行 比較 也應(yīng)在系統(tǒng)水平方面進(jìn)行 從而滿足應(yīng)用要求 1 光合光子通量密度 縮寫(xiě) 符號(hào) PPFD PPFD 是入射在一個(gè)區(qū)域上的光合光子通量 是 輻照度水平的主要指標(biāo) PPFD 用每平方米 PPF 值 測(cè)量 并且類似于明視光照度 用勒克斯計(jì)量 的概 念 與光照度一樣 平均 PPFD 通常用作種植作物的 目標(biāo)光照標(biāo)準(zhǔn) PPFD 是用來(lái)計(jì)算燈具系統(tǒng)應(yīng)用功效 LSAE 的 中間指標(biāo) 并用作等效標(biāo)準(zhǔn) 以確定生命周期成本分 析 LCCA 中使用的燈具數(shù)量 PPFD 和光照時(shí)間用 于計(jì)算日光積分量 DLI 并且需要足夠高的 PPFD 在每天單位時(shí)間段內(nèi)提供必要的 DLI 背景 PPFD 指標(biāo)的主要用途是計(jì)算 DLI 的中間 指標(biāo) 補(bǔ)充照明需求量通常基于 DLI 即光合作用所 需的 24 h PPFD 量 它是 PPFD 和時(shí)間的函數(shù) 以 mol m 2 day 為 單 位 換句話說(shuō) 對(duì)作物的目標(biāo) DLI 值而言 PPFD 和時(shí)間可以彼此互換 圖 2 顯示了計(jì)算 DLI 時(shí) 在 5 個(gè)目標(biāo) PPFD 水平 即 75 mol m 2 s 150 mol m 2 s 225 mol m 2 s 300 mol m 2 s 500 mol m 2 s 和 1000 mol m 2 s 和 3 個(gè)持 續(xù)時(shí)間 12 h 16 h 和 20 h 條 件下的結(jié)果 例如 通過(guò)使用不同的持續(xù)時(shí)間 目標(biāo) DLI 可以實(shí)現(xiàn)的 3 個(gè)目標(biāo) PPFD 值 即 150 mol m 2 s 225 mol m 2 s 和 300 mol m 2 s 美 國(guó) 普 渡大學(xué)農(nóng)業(yè)推廣系統(tǒng)建議在溫室中種植的各種作物 的 DLI 水平 可接受質(zhì)量下限的 DLI 范圍為 2 10 mol m 2 day 具體 情況還要取決于作物要求 種植 40 中 國(guó) 照 明 電 器 2018 年 質(zhì) 量?jī)?yōu)良的水平要求 DLI 值 達(dá) 到 4 14 mol m 2 day 單 位 mol m 2 s 計(jì) 算 PPFD 的計(jì)算是表面 PPF 入射量除以該表 面積 平方米 在計(jì)算中不考慮相互反射和障礙 物 光度學(xué)模擬中用于確定提供目標(biāo) PPFD 所需的 燈具數(shù)量 圖 2 一 系 列 PPFD 值和持續(xù)光照時(shí)間對(duì)應(yīng)的 DLI 值 2 PPFD 均 勻 性 PPFD 均勻性是指目標(biāo) PPD 最小值與平均值之 比 它是計(jì)算 LSAE 時(shí)使用的中間指標(biāo)量 背景 作物種植面上的 PPFD 均勻性通常作為重 要的設(shè)計(jì)考慮因素 但是目標(biāo)均勻性指標(biāo)很少被提 出 推薦值的論證也未給出 費(fèi)希爾等 2001 建議 最小與最大比率為 0 70 園藝照明行業(yè)的常見(jiàn)經(jīng)驗(yàn) 法則是 優(yōu)選均勻度方案是 PPFD 最小值與平均值的 比值為 0 8 1 次優(yōu)選擇為 0 6 1 計(jì)算 用最小 PPFD 除以平均 PPFD 進(jìn)行計(jì)算 3 燈具系統(tǒng)應(yīng)用功效 縮寫(xiě) 符號(hào) LSAE 照明研究中心開(kāi)發(fā)了一種 LSAE 方法 用于在不 同 PPFD 水平和安裝高度條件下 對(duì)燈具數(shù)量和應(yīng)用 效率進(jìn)行比較 LSAE 是燈具布局的系統(tǒng)功效 即在 給定安裝高度的條件下 滿足生長(zhǎng)區(qū)域的特定 PPFD 值和均勻性要求 較高的 LSAE 值表明給定的燈具布局條件下 對(duì) 滿足目標(biāo)要求更有效率 在 LSAE 值數(shù)據(jù)表中給出 了一 系 列 PPFD 值 75 mol m 2 s 150 mol m 2 s 225 mol m 2 s 300 mol m 2 s 500 mol m 2 s 1000 mol m 2 s 和安 裝高度 以 1 ft 為間隔 測(cè)試 1 8 ft 即以 0 3 m 為間隔 測(cè)試 0 3 2 4 m LSAE 表還顯示了在給定安裝高度并滿足 目標(biāo) PPFD 值和均勻性標(biāo)準(zhǔn)條件下所需要安裝的燈 具數(shù)量 可以比較特定 PPFD 值數(shù)據(jù)表中的燈具數(shù)量 以 確定 1 最佳安裝高度下 需要的最少燈具數(shù)量 不良 溫度因素除外 以及 2 確定在改進(jìn)方案時(shí)是否需要 調(diào)整燈具數(shù)量 計(jì)算 LSAE 是使用光度學(xué)模擬進(jìn)行計(jì)算 通過(guò) 計(jì)算一系列燈具安裝高度間隔為 0 12 m 的 PPFD 值 生長(zhǎng)區(qū)域面積為 30 ft 36 ft 1080 ft 2 或 100 m 2 燈具在生長(zhǎng)區(qū)域 內(nèi) 以矩形陣列排列 并使用最 少數(shù)量的燈具提供目標(biāo)平均 PPFD 水平 在光度學(xué) 模擬中 燈具位于頂部懸掛設(shè)備的支撐位置 照明研 究中心發(fā)現(xiàn)受測(cè)燈具都不能滿足優(yōu)選 0 8 均勻度 標(biāo)準(zhǔn) 因此 使用 0 6 的次優(yōu)值 LSAE 是將均勻度 比率大于或等于 0 6 1 的 PPFD 值相加并除以生長(zhǎng) 區(qū)域中所有燈具的輸入功率之和進(jìn)行計(jì)算的 4 照明功率密度 縮寫(xiě) 符號(hào) LPD LPD 是給定生長(zhǎng)區(qū)域中的單位照明功率密度 燈 具布置要滿足目標(biāo) PPFD 值的要求 單位 W ft 2 W m 2 計(jì) 算 計(jì) 算 LPD 時(shí)燈具數(shù)量的確定 是基于在安 裝高度滿足目標(biāo) PPFD 達(dá)到 300 mol m 2 s 所需 的 數(shù)量 同時(shí) 此高度下產(chǎn)生最高的 LSAE 值 燈具 布置在 30 ft 36 ft 的種植生長(zhǎng)區(qū)域 1080 ft 2 或 100 m 2 計(jì) 算 LPD 是用總系統(tǒng)功率 燈具數(shù)量 燈具功 率 除以種植區(qū)域面積 5 生命周期成本分析 縮寫(xiě) 符號(hào) LCCA 相同目標(biāo) PPFD 下 特定種植區(qū)域內(nèi)每年使用 3 000 h 以 20 年為一生命周期 以此估計(jì)燈具系統(tǒng)的 生命周期成本 計(jì)算內(nèi)容包括 LPD 值 收益率和投 資回報(bào)估算 LCCA 既要調(diào)查燈具價(jià)格信息 也要估 算更換 故障率及其成本 費(fèi)用 美元 單位面積成本 每平方英尺美元和每平方米美元 LPD W ft 2 W m 2 單位區(qū)域的年能耗 每平方英尺每年千瓦時(shí)和每 平方米每年千瓦時(shí) 單位區(qū)域的年度能源成本 每年每平方英尺的美 第 12 期 章 爻 編譯 LED 和 HID 園藝燈具測(cè)試報(bào)告 下 41 元和每年每平方米的美元 回 報(bào) 率 百分比 回收期 年 20 年以上的總支出 使用現(xiàn)值美元 計(jì)算 相同目標(biāo) PPFD 條件下 系統(tǒng)測(cè)算包含以 下信息 燈具成本 安裝成本 燈具成本密度 LPD 和 年度能源使用密度 LCCA 提供以下指標(biāo) 與 600 W 和 1000 W HPS 系統(tǒng)的情況比較 系統(tǒng)的年度能源成 本密度 收益率和回收期 并估測(cè) 20 年的累計(jì)成本 使用的燈具數(shù)量是指某特定安裝高度下所需安裝的 燈具數(shù)量 即達(dá)到目標(biāo) PPFD 值為 300 mol m 2 s 時(shí) LSAE 最 高 值 估算 30 ft 36 ft 生長(zhǎng)區(qū)域 1080 ft 2 或 100 m 2 滿 足 相同目標(biāo) PPFD 時(shí) 20 年生命周期內(nèi) 每年 3000 h 的燈具系統(tǒng)的生命周期成本 用于 LCCA 測(cè)算的每種燈具類型的燈具數(shù)量是 基于達(dá)到目標(biāo) PPFD 時(shí)具有最高 LSAE 值進(jìn)行布置 的 采用 3 的折扣率 使用 1000 W HPS 系統(tǒng) P L Light Systems Med NXT LP 1000 W Beta 和 600W HPS 系統(tǒng) P L Light Systems PL2000 HPS 600 W 240V 帶 SON T PIA 燈 2013 年測(cè)試 作為比對(duì)基礎(chǔ) 兩系統(tǒng)均安裝在作物冠層上方 6 ft 的高度 為了解釋不同地區(qū)的電力成本差異 LCCA 分別 用低能源費(fèi)率 0 1048 kWh 和高能源費(fèi)率 0 20 kWh 進(jìn)行計(jì)算 以下 假 設(shè) 用 于 LCCA 計(jì) 算 并 基 于 2017 年 RSMeans 公司數(shù)據(jù) 電工安裝一個(gè)燈具 任何光源 的人工費(fèi)率 69 美元 更換一盞燈 或燈及反射器 的人工費(fèi)率 16 美元 P L Light Systems 建議每年清潔反射器 清 理一個(gè) HID 反射器的人工費(fèi)率 30 美元 清潔一個(gè) LED 燈具的人工費(fèi)率 6 美元 HID 的 LCCA 計(jì)算時(shí) 按 2 的燈泡年故障率 計(jì)算 LED 系統(tǒng)的 LCCA 計(jì)算 靈敏度分析以故障率 為 1 或 10 年內(nèi)故障率為 25 計(jì)算 兩種故障率的 總費(fèi)用款顯示在圖表中 但 LCCA 匯總表中的總費(fèi)用 單元顯示的累積成本采用的是 1 故障率的假設(shè) 表 2 LCCA 計(jì) 算 中 HID 燈及反射器成本 燈 具 類型 品牌 類型 燈具型號(hào) 燈具壽命 h 燈具價(jià)格 美元 反射器壽命 h 反射器價(jià)格 美元 1000W HPS Gavita HPS Gavita ProPlus 1000W EL DE HPS 5000 135 10000 53 1000W HPS P L Light Systems HPS Ushio HiLux Gro Super HPS with optimized blue and red spectrum 10000 120 10000 40 1000W MH P L Light Systems MH Ushio HiLux Gro Super MH with optimized blue and red spectrum 10000 120 10000 110 600W HPS P L Light Systems HPS SON T PIA 12000 32 10000 40 3 3 燈 具 數(shù)據(jù)表 上面列出的指標(biāo)以及其他信息顯示在標(biāo)準(zhǔn)燈具 數(shù)據(jù)表中 推薦的數(shù)據(jù)表格式參考 附錄 B 數(shù)據(jù) 表 數(shù)據(jù)項(xiàng)主要包括 燈具品牌 型號(hào)和目錄號(hào) 通電燈具的照片 所測(cè)量的電氣特性包括 輸入電壓 功率 THDi 和 PF 值 光輸出特性包括 PPF PPE PPF 和 PSS 光合光子通量比較是比對(duì)燈具與受測(cè)園藝燈 具的 PPF 值進(jìn)行比較 光合光子通量功效比較是比對(duì)燈具與受測(cè)園 藝燈具 PPE 值進(jìn)行比較 LSAE 比較表是顯示在一系列安裝高度和 PPFD 值 75 mol m 2 s 150 mol m 2 s 225 mol m 2 s 300 mol m 2 s 500 mol m 2 s 和 1000 mol m 2 s 條件 下 LSAE 值的計(jì)算結(jié)果 該表還表明在給定安裝高度下需要多少燈具來(lái) 滿足目標(biāo) PPFD 和均勻性標(biāo)準(zhǔn) 可以比較給定 PPFD 值時(shí)數(shù)據(jù)表中的燈具數(shù)量 以便確定使用最少燈具的 安裝高度 并且可以確定升級(jí)現(xiàn)有燈具時(shí)是否需要增 加或減少燈具數(shù)量 絕對(duì) SPD 值 LCCA 表中提供 3 種照明類型的低能源費(fèi)率 和高能源費(fèi)率的估測(cè)累積成本 即受測(cè) LED 燈具照 明 比對(duì) 600W HPS 照明和比對(duì) 1000W HPS 照明 Iso PPFD 等高線圖 用于比較給定安裝高度 下的光照度和均勻度 光合光子強(qiáng)度分布圖 Ip 使用二維平面方式 42 中 國(guó) 照 明 電 器 2018 年 顯 示 光強(qiáng)空間分布 單位為 mol sr s 與 Iso PPFD 等 高 線圖類似 光合強(qiáng)度分布圖有助于評(píng)估 燈具的空間分布 紅線顯示水平面上每個(gè)垂直角位 置的最大強(qiáng)度值 藍(lán)線表示通過(guò)燈具中心且具有最 大強(qiáng)度角的垂直面 極坐標(biāo)圖中的四個(gè)環(huán)中的每一 個(gè)表示 25 的光強(qiáng) 最大強(qiáng)度值出現(xiàn)在外環(huán) 每條 輻射線間隔 10 顏色均勻度有兩種表示方式 一是在多個(gè)垂 直角度下測(cè)量的相對(duì) SPD 值 可以通過(guò)比較峰值波 長(zhǎng)比率一致性判斷顏色均勻度 例如 垂直角為 0 時(shí) 450 nm 660 nm 比率是否與其他垂直角度時(shí)的比 率相同 二是光波的輻射通量百分比表 UV 350 400 nm 藍(lán)光 400 500 nm 紅光 600 700 nm 遠(yuǎn)紅 光 700 800 nm 以及藍(lán)光 紅光 紅光 遠(yuǎn)紅光比 率在不同垂直角的輻射通量 可以通過(guò)測(cè)量輻射通 量百分比和比率 觀察作物生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)不同垂直角是 否有不同的意義 4 采購(gòu)和測(cè)試燈具 2016 年 底 根據(jù)在線調(diào)查中種植者所提供的制 造 商 照明研究中心選擇了用于測(cè)試的燈具 園藝照 明制造商通常生產(chǎn)某一類產(chǎn)品 即中高功率獨(dú)立產(chǎn) 品 或者具有線性形狀產(chǎn)生連續(xù)照明的 燈條 產(chǎn)品 一家制造商 Illumitex 擁有兩種外形尺寸 表 3 中顯示的燈具由作者根據(jù)種植者調(diào)查結(jié)果選擇的 并 經(jīng)本項(xiàng)目發(fā)起人批準(zhǔn)而確定的 LRC 于 2017 年 2 月購(gòu)買(mǎi)了燈具 測(cè)試于 2017 年 3 月至 7 月進(jìn)行 HPS 燈具是目前用于溫室照明的最常見(jiàn)類型 MH 燈具是另一類最常見(jiàn)的燈具 經(jīng)測(cè)試的 HID 燈 具用作受測(cè) LED 燈具的比對(duì)案例 如下所述 比對(duì)案例 1 2016 年購(gòu)買(mǎi)并測(cè)試的兩只 1000 W HPS 燈具 比對(duì)案例 2 2013 年購(gòu)買(mǎi)并測(cè)試的 600 W HPS 燈具 比對(duì)案例 3 2016 年購(gòu)買(mǎi)并測(cè)試的一只 1000 W MH 燈具 在測(cè)試之前將 HID 燈調(diào)試 100 h 這些燈具首 先在商業(yè)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室 LightLab International Phoenix AZ 的測(cè)角光度計(jì)上進(jìn)行了測(cè)試 測(cè)試實(shí)驗(yàn)室為 LRC 制作光度測(cè)試報(bào)告和 IES 文 件 測(cè)試完成后 HID 燈具和燈泡被送回 LRC 進(jìn)行 進(jìn)一步測(cè)試 所有燈具均在 LRC 的 2 m 積分球中進(jìn) 行測(cè)試 以測(cè)量其 SPD 和電氣特性 燈具在額定輸入 電壓下進(jìn)行測(cè)試 對(duì) LED 燈具所有顏色通道均以全功率條件進(jìn)行 測(cè)試 每個(gè)燈具的 THDi 使用臺(tái)架實(shí)驗(yàn)規(guī)程單獨(dú)測(cè) 量 然后在近場(chǎng)成像測(cè)角光度計(jì) PM NFMS Radiant Vision Systems Redmond WA 上測(cè)試 LED 燈 具 以確定它們的空間分布 然后使用 LightTools 將來(lái)自 ProSource 的計(jì)算射 線數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度分布 以用于照明模擬 對(duì)這些強(qiáng)度分布進(jìn)行格式化后創(chuàng)建 IES 光度學(xué)文件 并與積分球中測(cè)量的絕對(duì)光通量進(jìn)行匹配 用 LRC 積分球中測(cè)量的絕對(duì) SPD 數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換 將標(biāo)準(zhǔn)光 強(qiáng)分布轉(zhuǎn)換為光合光子強(qiáng)度分布 沿一個(gè)水平軸以 15 角為間隔 對(duì)相對(duì) SPD 值進(jìn) 行采樣 以測(cè)量每只燈具的顏色均勻度 表 3 采 購(gòu) HID 和 LED 燈具 光源 品 牌 額定功率 型號(hào) 單價(jià) 美元 HPS Gavita 1000 1000W HPS Grow Light Pro 1000e DE US 120 240 with one double ended Gavita HPS lamp 540 HPS P L Light 1000 1000W HPS with Beta reflector Med NXT LP 1000W Beta with one double ended Ushio HPS lamp 525 MH P L Light 1000 1000W MH with Maxima reflector MEDSLA MH 1000W 277V USH with one single ended Ushio MH lamp 569 LED GE 31 Arize Lynk GEHL48HPKB1 245 LED Heliospectra 630 LX601C 2400 LED Hubbell 425 Cultivaire CGS 4 FSG U W E U C6TL15 911 LED Illumitex 63 Eclipse W ESW14812F3UD 383 LED Illumitex 300 PowerHarvest W PHW5F3URC10P120 834 LED Lumigrow 300 Pro325e 1100 LED OSRAM 600 ZELION HL300 1800 LED Philips 200 GreenPower LED toplighting Deep Red White Far Red Medium Blue 955 LED P L Light 320 HortiLED TOP 150 distribution angle 120 277 Full Spectrum 0 10 V dimming 1186 LED Sunlight Supply 450 AgroLED 720 Dio Watt Full Spectru Low Pro 120 240 Volt 90 Optics 765 第 12 期 章 爻 編譯 LED 和 HID 園藝燈具測(cè)試報(bào)告 下 43 5 結(jié) 果 5 1 燈 具 測(cè)試結(jié)果 每只燈具的詳細(xì)測(cè)試結(jié)果在 附錄 B 數(shù)據(jù)表 中提供 結(jié)果總結(jié)如下 如需附錄內(nèi)容可聯(lián)系本 刊編輯部 5 1 1 電氣結(jié)果 表 4 顯示了積分球和臺(tái)架試驗(yàn)有關(guān)電氣參數(shù)的 結(jié)果 所有經(jīng)過(guò)測(cè)試的 LED 燈具的功率都低于受測(cè) HID 燈具 所有受測(cè)燈具都測(cè)量了 THDi 和 PF 值 這些值符合美國(guó) DLC Design Lights Consortium 認(rèn)證 技術(shù)要求 PF 0 90 THDi 20 表 4 受測(cè)燈具的功率 THDi 和 PF 測(cè) 量 結(jié)果 光 源 品 牌 額定功率 輸入電壓 V 測(cè)量功率 W THD i 值 PF 值 Base Case 1 HPS Gavita 1000 239 9 1069 3 7 5 0 99 Base Case 1 HPS P L Light 1000 239 8 1057 3 5 4 0 98 Base Case 2 HPS P L Light 600 2013 年 測(cè) 試 240 1 690 2 未測(cè)量 0 98 Base Case 3 MH P L Light 1000 277 0 1042 2 2 6 0 99 LED GE 31 120 1 30 0 11 5 0 99 LED Heliospectra 630 119 8 595 3 7 3 0 99 LED Hubbell 425 239 7 357 5 7 0 0 99 LED Illumitex 63 120 1 51 7 9 7 0 99 LED Illumitex 300 119 8 268 1 3 6 1 00 LED Lumigrow 300 119 8 299 9 2 9 1 00 LED OSRAM 600 119 9 373 9 5 1 1 00 LED Philips 200 240 0 194 7 7 2 1 00 LED P L Light 320 240 0 330 4 13 5 0 95 LED Sunlight Supply 450 119 9 414 1 7 9 0 99 5 1 2 輻射度測(cè)量結(jié)果 表 5 顯示了每只燈具的計(jì)算 PPF p YPF PPE K p PPF p 和 PSS 表 5 受 測(cè) 燈具的 PPF YPF PPE 和 PSS 值測(cè)量結(jié)果 光 源 品 牌 額定功率 PPF p mol s YPF mol s PPE K p mol J PPF p PSS Base Case 1HPS Gavita 1000 1837 1748 1 72 76 7 0 84 Base Case 1HPS P L Light 1000 1801 1716 1 70 77 2 0 85 Base Case 2HPS P L Light 600 2013 年 測(cè) 試 926 881 1 34 75 0 0 85 Base Case 3MH P L Light 1000 866 747 0 83 84 3 0 77 LED GE 31 79 70 2 64 99 9 0 88 LED Heliospectra 630 673 618 1 13 82 3 0 80 LED Hubbell 425 736 649 2 06 96 9 0 85 LED Illumitex 63 89 80 1 72 99 4 0 88 LED Illumitex 300 475 421 1 77 99 6 0 87 LED Lumigrow 300 540 475 1 80 99 4 0 87 LED OSRAM 600 788 712 2 11 99 7 0 88 LED Philips 200 504 456 2 59 99 5 0 88 LED P L Light 320 696 607 2 11 98 8 0 86 LED Sunlight Supply 450 575 512 1 39 96 9 0 87 所 有 LED 園藝燈具均不能達(dá)到或超過(guò)比對(duì)的 1000W HPS 600W HPS 或 1000W MH 燈具產(chǎn)生的 PPF 或 YPF 值 通常受測(cè) LED 燈具具有 1000W HPS 燈具 PPF 值的 28 中位數(shù) 31 600W HPS 燈具 PPF 值的 56 中位數(shù) 60 以及 1000W MH 燈具 PPF 值的 64 表 6 顯示了具有比 3 個(gè)比對(duì)案例更高 PPE 值 LED 燈具的數(shù)量 大多數(shù)受測(cè) LED 燈具的 PPE 值均 高于 1000W HPS 燈具和 600W HPS 燈具 所有受測(cè) LED 燈具都具有高于 1000W MH 燈具的 PPE 值 44 中 國(guó) 照 明 電 器 2018 年 表 6 LED 燈 具 PPE 值高于比對(duì)案例燈具的數(shù)量 比 對(duì) 案例 受測(cè) LED 燈具 共 10 只 高于比對(duì)案例燈具的數(shù)量 1 1000W HPS 8 只 2 600W HPS 9 只 3 1000W MH 10 只 幾乎所有經(jīng)過(guò) 測(cè) 試的 LED 燈具的 PPF 都接近 100 只有 1 只 LED 燈具在遠(yuǎn)紅區(qū)域有更多光通 量 HPS 燈具由于紅外區(qū)域中有部分光通量 PPF 值為 76 而 MH 燈具由于紫外和紅外區(qū)域有部分 光通量 PPF 值為 84 如上面框架部分所述 PAR 可以使用 YPF 或 PPF 計(jì)算 如圖 3 所示 YPF 平均比 PPF 低約 7 但兩個(gè)指標(biāo)之間存在非常強(qiáng)的相關(guān)性 R 2 0 996 圖 3 YPF 與 PPF 比 對(duì) 圖 5 1 3 顏色均勻性結(jié)果 測(cè)試 的 1000W HPS 燈具在不同垂直角度下的光 譜范圍顯示出微小變化 不同垂直角度的 UV 藍(lán) 光 紅光和遠(yuǎn)紅光波段百分比變化小于 1 藍(lán) 紅和 紅 遠(yuǎn)紅波段比率變化為 10 或 更 小 測(cè) 試 的 1000W MH 燈具有更大的可變性 在較高的垂直角 度下 紫外波段百分比下降不到 1 藍(lán)光波段百分 比下降 6 紅光波段百分比增加 4 遠(yuǎn)紅光波段百 分比增加不到 1 在較高的垂直角度下 藍(lán) 紅波 段比率下降了 35 紅 遠(yuǎn)紅光比率波段下降了 2 6 只受測(cè) LED 燈具 共 10 只 在一個(gè)或多個(gè)光 譜范圍內(nèi)具有的藍(lán)光 紅光或遠(yuǎn)紅光波段百分比變化 大于 5 對(duì)于這些燈具 紅光波段的百分比通常變 化最大 藍(lán) 紅波段比率平均變化 35 范圍 0 64 1 63 紅 遠(yuǎn)紅波段比率平均變化 17 范圍 0 34 1 9 光束擴(kuò)散中的非均勻色是否對(duì)植物生長(zhǎng) 產(chǎn)生有意義的影響尚未確定 但照明研究中心認(rèn)為這 些信息對(duì)于比較本身是有用的 5 2 特定應(yīng)用的測(cè)試結(jié)果 對(duì)每個(gè)應(yīng)用計(jì)算都使用 300 mol m 2 s 的 目 標(biāo) PPFD 值 然而 兩只燈具 LED GE 30 和 LED Illumitex 52 無(wú)法達(dá)到特定 PPFD 值 即使在模擬溫 室的極限空間條件下 安裝燈具數(shù)量最大時(shí)仍然無(wú)法 達(dá)到要求 對(duì)于這兩種燈具 只能使用 PPFD 為 75 mol m 2 s 的 較 低標(biāo)準(zhǔn) 5 2 1 所需燈具數(shù)量和照明功率密度 圖 4 顯示滿足 300 mol m 2 s 目 標(biāo) PPFD 值時(shí) 所需燈具的數(shù)量中值及 LPD 中值 圖 4 箱線圖顯示了滿足目標(biāo) PPFD 為 300 mol m 2 s 時(shí) HID 和 LED 園藝的光源燈具數(shù)量中值和 LPD 中 值 表 7 提供了具有低于比對(duì)案例 LPD 值的 LED 燈具 第 12 期 章 爻 編譯 LED 和 HID 園藝燈具測(cè)試報(bào)告 下 45 數(shù) 量 較 低的 LPD 值使能源消耗較少 其他條件相同 表 7 LPD 低于比對(duì)案例的 LED 燈 具 數(shù)量 比對(duì) 案例 LPD 值低于比對(duì)案例的 LED 燈 具 數(shù)量 目標(biāo) PPFD 為 300 mol m 2 s 共 8 只 目標(biāo) PPFD 為 75 mol m 2 s 共 2 只 1 1000W HPS 4 2 2 600W HPS 7 2 3 1000W MH 8 2 5 2 2 燈具系統(tǒng)應(yīng)用功效 表 8 顯 示 了具有高于比對(duì)案例最大 LSAE 值的 LED 燈具的數(shù)量 表 8 具有高于比對(duì)案例最大 LSAE 值 的 LED 燈具數(shù)量 比 對(duì) 案例 高于比對(duì)案例最大 LSAE 值的 LED 燈具 數(shù)量 目標(biāo) PPFD 為 300 mol m 2 s 共 8 只 目標(biāo) PPFD 為 75 mol m 2 s 共 2 只 1 1000W HPS 2 1 2 600W HPS 4 1 3 1000W MH 8 2 5 2 3 生命周期成本分析 圖 5 顯 示 了 20 年累積成本中位數(shù)和回報(bào)率中位 數(shù) 其中 能源費(fèi)率有高低兩類 目標(biāo) PPFD 為 300 mol m 2 s 經(jīng)濟(jì)結(jié)果總結(jié)如表 9 表 9 經(jīng) 濟(jì) 性結(jié)果 比對(duì) 案例 經(jīng) 濟(jì) 性結(jié)果 目標(biāo) PPFD 值為 300 mol m 2 s 8 只燈 具 目標(biāo) PPFD 值為 75 mol m 2 s 2 只燈 具 1 1000 W HPS 3 只 受 測(cè) LED 燈具與 1000 W HPS 燈具相比 燈具的 20 年生命周期成本更低 并且它們具有更高的回報(bào)率 在較低能源費(fèi)率下 8 只受測(cè) LED 系統(tǒng)中沒(méi)有 投資回收期短于 20 年的 在高能源費(fèi)率下 2 只受測(cè) LED 系統(tǒng)的投資回收期為 18 至 20 年 其他 6 只投資回收期較長(zhǎng) 當(dāng)能源費(fèi)率很高時(shí) 2 只受測(cè) LED 燈具的 1 只比 1000 W HPS 燈具有更低的 20 年壽命周期成本 2 只受測(cè) LED 系統(tǒng)都具有正的回報(bào)率 范圍從 1 5 到 6 3 2 只受測(cè) LED 都沒(méi)有短于 20 年的回收期 2 600 W HPS 當(dāng) 能 源費(fèi)率很高時(shí) 7 只受測(cè) LED 燈具的壽命周期 成本比 600 W HPS 燈具低 當(dāng)能源費(fèi)率較低時(shí) 6 只 LED 燈具的壽命周期成本比 600 W HPS 燈具要低 8 只受測(cè) LED 燈具中有 7 只是正回報(bào)率 從 5 14 9 用 1000 W HPS 系統(tǒng)取代 600 W HPS 系統(tǒng)可獲得最高的 回報(bào)率 13 3 46 5 具體取決于能源費(fèi)率 當(dāng)能源費(fèi)率很高時(shí) 2 只受測(cè) LED 燈具中有 1 只具有 比 1000 W HPS 燈具更低的 20 年壽命周期成本 2 只受測(cè) LED 系統(tǒng)都有正的回報(bào)率 從 2 3 7 7 2 只受測(cè) LED 中只有 1 只投資回收期短于 20 年 而且是在高能源費(fèi)率條件下 3 1000 W MH 7 只受測(cè) LED 燈具的 20 年生命周期成本 低于 1000 W MH 燈具 未計(jì)算相對(duì)于 1000 W MH 的回報(bào)率和回收期 2 只受測(cè) LED 燈具都有比 1000 W MH 燈具 更低的 20 年生命周期成本 未計(jì)算相對(duì)于 1000 W MH 的回報(bào)率和回收期 表 10 和 表 11 顯 示了測(cè)試的 HID 和 LED 園藝燈 具的數(shù)量平均值 照明功率密度 LPD PPFD 值 安 46 中 國(guó) 照 明 電 器 2018 年 裝 高 度組合的最大 LSAE 值 以及 20 年內(nèi)估測(cè)的總 支出額 表 10 受 測(cè) HID 和 LED 園藝燈具 目標(biāo) PPFD 為 300 mol m 2 s 平均 燈具數(shù)量 LPD 值 最大 LSAE 值和 20 年的總支出 低能源費(fèi)率和高能源費(fèi)率 光源 品 牌 額定功率 滿足 300 mol m 2 s 的 燈 具數(shù)量 LPD W ft 2 W m 2 最 大 LSAE mol J 總費(fèi)用 美元 0 10 kWh 總費(fèi)用 美元 0 20 kWh Base Case 1HPS Gavita 1000 24 24 256 1 31 198503 307528 Base Case 1HPS P L Light 1000 24 23 253 1 27 167128 274930 Base Case 2HPS P L Light 600 50 32 344 1 12 238972 385538 Base Case 3MH P L Light 1000 45 43 467 0 66 325603 524844 LED Heliospectra 630 70 39 415 0 71 375210 552241 LED Hubbell 425 66 22 235 1 23 181365 281603 LED Illumitex 300 99 25 265 1 09 222976 335733 LED Lumigrow 300 90 25 269 1 09 240208 354874 LED OSRAM 600 63 22 235 1 34 234376 334448 LED P L Light 320 68 21 224 1 23 197081 292529 LED Philips 200 96 17 187 1 56 195102 274630 LED Sunlight Supply 450 80 31 330 0 88 229245 369983 表 11 受 測(cè) HID 和 LED 園藝燈具 目標(biāo) PPFD 為 75 mol m 2 s 平均 燈具數(shù)量 LPD 值 最大 LSAE 值和 20 年的總支出 低能源費(fèi)率和高能源費(fèi)率 光源 品 牌 額定功率 滿足 75 mol m 2 s 的 燈 具數(shù)量 LPD W ft 2 W m 2 最 大 LSAE mol J 總費(fèi)用 美元 0 10 kWh 總費(fèi)用 美元 0 20 kWh Base Case 1HPS Gavita 1000 9 9 95 1 30 62309 102735 Base Case 2HPS P L Light 600 15 10 103 1 10 71691 115661 Base Case 3MH P L Light 1000 15 14 156 0 60 108354 174948 LED GE 31 150 4 45 1 59 81806 100923 LED Illumitex 63 132 6 68 0 99 103706 132670 圖 5 箱線圖顯示了受測(cè) HID 和 LED 園 藝 燈具在 20 年內(nèi)成本中值和回報(bào)率中值 目標(biāo) PPFD 為 300 mol m 2 s a 不同能源費(fèi)率的 20 年 總 費(fèi)用中值 b 不同能源費(fèi)率的回報(bào)率中值 5 2 4 采 光 模擬結(jié)果 在夏季 DLI 水平最高時(shí) 通常不需要補(bǔ)充照明 為滿足目標(biāo) PPFD 值 而在一年的其他時(shí)間安裝補(bǔ)充 照明 將會(huì)使全年存在陰影問(wèn)題 為了研究園藝燈具 造成的陰影 在 AGi32 中模擬了一個(gè) 30 ft 36 ft 的 溫室作為比對(duì)案例 在一組溫室模擬中 使用具有 90 可見(jiàn)光透射率的透明玻璃窗 圖 6a 在另一組模擬中 使用了可見(jiàn)光透射率為 87 的 第 12 期 章 爻 編譯 LED 和 HID 園藝燈具測(cè)試報(bào)告 下 47 漫 射 玻璃 在溫室中添加了足夠數(shù)量的燈具 以達(dá)到 300 mol m 2 s 的 目 標(biāo) PPFD 值 圖 6b 但假設(shè)燈具 斷電 并且在此陰影模擬中沒(méi)有對(duì) DLI 值有正向影響 為了分析受測(cè)燈具的陰影效應(yīng) 每個(gè)模擬都使用 了典型的氣象年 TMY 數(shù)據(jù) 這些數(shù)據(jù)主要是陰天 氣候的紐約州奧爾巴尼和加利福尼亞州的圣地亞哥 AGi32 模型被導(dǎo)入 Licaso 年度日光模擬工具 用于 分析工作 Licaso 模擬典型年份的每小時(shí)光照水平 對(duì)于 燈具布局 從上午 6 點(diǎn)到下午 6 點(diǎn)的每小時(shí)平均和最 小照度值被制成表格 然后進(jìn)行平均 將這些平均照 度值轉(zhuǎn)換為 PPFD 值 并對(duì)每個(gè)位置進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化 圖 7 顯示了在紐約州奧爾巴尼和加利福尼亞州 圣地亞哥的環(huán)境下 具有透明玻璃和漫射玻璃的標(biāo)準(zhǔn) 化 PPFD 值 線性燈具標(biāo)有星號(hào) 隨著需要更多燈 具和 或使用更大的燈具 例如來(lái)自 Hubbell Lighting 和 Sunlight Supply 的燈具 陰影的影響會(huì)增加 在 晴朗天氣中陰影影響更多 出現(xiàn)更多易忽視的陰影 圖 6 用于陰影分析的透明溫室 a Licaso 的空 溫室 帶有透明玻璃 加利福尼亞州圣地亞哥 4 月 21 日 下午 12 30 b 帶有透明玻璃的溫室 且?guī)в?Sunlight Supply 燈 具并處于斷電狀態(tài) 加利福尼亞州圣地亞哥 4 月 21 日 下午 12 30 圖 7 由于在透明和漫射玻璃下園藝燈具的阻礙作用 紐約州奧爾巴尼和加利福尼亞州圣地亞哥的 年 平 均和最小 PPFD 值相對(duì)減少 6 討 論 燈具測(cè)試的結(jié)果表明 自 2014 年 以 來(lái) LED 園藝 燈具的功效已大大提高 10 只受測(cè) LED 燈具中 有 8 只燈具的燈具效能 PPE 與 2 只 1000 W HPS 燈具 相同或更高 9 只 LED 燈具高于 600 W HPS 燈具 PPE 值 所有受測(cè) LED 燈具高于 1000 W MH 燈具 的 PPE 值 2 只受測(cè) LED 燈具效率超過(guò) 2 5 mol J 這是目前 DOE 報(bào)告中提出的 同類最佳 LED 光 源功效的水平 雖然 LED 燈具的平均效率 PPE 高 于 HID 燈具 但 LED 燈具的光通量 PPF 始終低于 HID 燈具 所有受測(cè) LED 燈具的 PPF 值均低于 HID 燈具 通常 受測(cè) LED 燈具具有 1000 W HPS 燈具 48 中 國(guó) 照 明 電 器 2018 年 PPF 值 的 30 溫室模擬結(jié)果表明 滿足相同目標(biāo) PPFD 值時(shí) 受測(cè) LED 燈具不能一對(duì)一替換 HPS 燈具 實(shí)際上 10 只受測(cè) LED 燈具中有 2 只根本無(wú)法滿足目標(biāo) PPFD 值 300 mol m 2 s 這是 因?yàn)槟軌蚍湃肽M 溫室中的 LED 燈具數(shù)量會(huì)受到物理空間的限制 其 余 8 只燈具在滿足相同目標(biāo) PPFD 值時(shí) 所需的燈具 數(shù)量約