傳統(tǒng)植物照明設(shè)計(jì)只優(yōu)化某一參考面的均勻度,導(dǎo)致植物生長(zhǎng)空間內(nèi)的光環(huán)境不均一。為了解決該問(wèn)題,對(duì)空間照明均勻度評(píng)價(jià)體系進(jìn)行了研究。首先,提出了三種潛在的立體化高空間照明均勻度植物光源設(shè)計(jì)方案,并借助TracePro光學(xué)仿真軟件研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)照明效果的影響。進(jìn)一步利用Taguchi方法優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程,并結(jié)合ANOVA分析,獲得了最佳方案的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。然后,基于所得最優(yōu)解,對(duì)植物生長(zhǎng)過(guò)程中的照明效果進(jìn)行了測(cè)試。最后,介紹了立體化光源系統(tǒng)相對(duì)傳統(tǒng)陣列式LED光源的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:最優(yōu)結(jié)構(gòu)可提供一個(gè)均勻照明空間,該空間內(nèi)的水平面照明均勻度和垂直面照明均勻度分別為92.00%和83.12%,并且兩個(gè)空間參考平面上的紅藍(lán)光混色均勻度分別達(dá)到94.19%和90.70%。該植物光源系統(tǒng)可為植物提供其生長(zhǎng)過(guò)程中所需的均勻空間照明環(huán)境。

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圖1空間照明均勻度評(píng)價(jià)體系

式中:α為目標(biāo)平面上光量子通量密度的均勻度;B和C分別為待測(cè)平面的長(zhǎng)和寬;O為待測(cè)平面上單位面積的取點(diǎn)數(shù);KPPFD(b,c)為目標(biāo)平面上第b行、第c列測(cè)試點(diǎn)的光量子通量密度值;EV(b,c)為該測(cè)試點(diǎn)照度值;KPPFDmax為測(cè)試點(diǎn)中最大的PPFD值;EVmax為測(cè)試點(diǎn)中最大的....

圖2植物培養(yǎng)架方案的結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步對(duì)上述三種方案進(jìn)行理論分析,如圖3所示,其中x為P點(diǎn)與LED-A間的水平距離,y為L(zhǎng)ED-A到中央平面的豎直距離,x1為Q點(diǎn)與LED-B間的水平距離。方案一所涉及的參量主要有相鄰結(jié)構(gòu)單元間距L、頂部漫反射板到底部種植面的高度H、懸吊支架菱形底面的高-寬比a=h/d(實(shí)驗(yàn)過(guò)程....

圖3方案一中植物培養(yǎng)架的局部平面圖及相關(guān)參數(shù)

圖2植物培養(yǎng)架方案的結(jié)構(gòu)。以LED-A為研究對(duì)象,分析反射光部分。Zhu等[20-21]提出,入射至高漫反射面的光源可看作次朗伯光源。光線照射至漫反射板上任一點(diǎn)P,P點(diǎn)的照度為

圖4方案二中植物培養(yǎng)架的局部平面圖及相關(guān)參數(shù)

類比方案一的分析過(guò)程可得,方案二的主要參量如圖4所示,包括相鄰結(jié)構(gòu)單元間距L、頂部漫反射板到底部種植面的高度H、懸吊支架高度h(寬度d恒定為30mm)及相鄰LED的間距l(xiāng)。方案三的主要參量如圖5所示,包括相鄰結(jié)構(gòu)單元間距L、頂部漫反射板到底部種植面的高度H、懸吊支架高度h(寬度....

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