Особенности английского национального выбора ламп

Carl Garnham BCSJ

В этой статье я хочу обсудить различные доступные системы для обеспечения искусственного освещения, служащего для улучшения развития растений.

Для начала необходимо договориться о некоторых технических определениях, что бы потом мы могли обсудить эту проблему в деталях, так как важно понять используемые единицы измерения и некоторые термины.

Электрическая мощность — единица известная всем нам и измеряемая в ваттах. Вероятно, наиболее легкий путь для представления ее концепции — это порция потока воды, к примеру, литр воды в секунду. В такой системе измерений эквивалентная единица измерения количества света — люмен. Возможность источника света испускать видимое излучение по отношению к излучаемому им теплу является соотношение «Люмен на Ватт». Стандартные домашние лампы накаливания имеют эффективность приблизительно 10 люмен на ватт, т. е., например, 60 ваттная лампочка производит примерно 600 люмен. Повышая эффективность, получаем больше люмен на ватт, уменьшаем потери на тепловое излучение, удешевляем используемый свет в расчете на получаемые люмены. Количество люмен является мерой «яркости» ламп, хотя «яркость» — не ее научное значение в данном контексте.

Искусственный свет — когда мы обсуждаем искусственный свет для растений, выбор источника света будет определяться необходимыми условиями для освещения растений, удобства (в смысле комфорта) и ценой. В разных ситуациях один из этих резонов может перевешивать другие. К примеру, в коммерческой культуре — общая стоимость, которая складывается из стоимости монтажа системы и цены ее дальнейшего использования. Также необходимо учитывать специфические эффекты различного рода освещения растений.

Фотосинтез — это химический процесс, приводимый в действие светом, который дает энергию растениям для дальнейшего ее использования в производстве биологических веществ.

Фотоморфогенезис — это процесс развития растения в его широком смысле толкования.

Фотопериодизм — это феномен, когда растение реагирует на сравнительную продолжительность светлого и темного периода дня — обычно растения разделяют на группы короткого и длинного дня.

Исследования показывают, что спектр излучаемого солнцем света, и спектр света, нужного растениям для фотосинтеза, точно не следуют друг за другом, а кривая чувствительности человеческого глаза значительно отличается от обеих и уже их. Из кривой чувствительности растений на графике видно, что растения используют весь видимый свет, и в меньшей мере ими может быть использован для фотосинтеза ультрафиолет. Но наибольшая эффективность по сравнению с другими длинами волн достигается при оранжево-красном свете.

Интенсивность света приблизительно в 4.500-6.000 люмен/кв. метр за период от 16 до 18 часов в сутки — рекомендуется, как подходящая для ускорения роста и/или предотвращения периода покоя суккулентных растений, а также подходит для выращивания их сеянцев. Для сравнения: в Западной Европе в июльский полдень освещенность составляет 6.500 люмен/кв. метр.

События, являющиеся фотопериодическими, такие, как цветение, могут управляться использованием света вероятно любого цвета, но намного эффективнее использовать или красный свет или же ближний инфракрасный.

Это происходит от того, что фотохромные реакции отвечают за контроль репродуктивного состояния у растений и они усиливаются светом именно этой длинны волны. Для таких случаев достаточно половины интенсивности освещения от той, которая необходима для вызова ускоренного роста. Фотопериодические эффекты могут достигаться использованием прерывистых потоков света, благодаря тому, что иногда называется «пост-эффект». Периоды темноты продолжительностью до тридцати минут между освещенными периодами растения не замечают — это свойство используется в коммерческой культуре для экономии средств.

Различные типы освещения:

С небольшими усилиями мы можем обнаружить большое количество различных типов источников света: стандартные вольфрамовые лампы накаливания (GLS), галогенные лампы с вольфрамовой спиралью, трубчатые и компактные люминесцентные лампы, натриевые лампы высокого давления (SON), натриевые лампы низкого давления (SOX), металлогалогенные лампы, ртутные лампы высокого давления (HPMV) и гибридные лампы (вероятно, наиболее обычная комбинация среди них — это использование вольфрамовой нити накаливания и HPMV капсулы, заключенных внутри обычной стеклянной колбы). У индивидуальных представителей всех этих основных типов ламп свойства изменяются незначительно. Для примера: все люминесцентные лампы работают с эффективностью примерно около 50 люмен на ватт, независимо от их цвета или типа. Свойства различных типов ламп на 240 вольт и 60 ватт (хотя такая мощность может не быть для них нормальным уровнем) приведены для более легкого сравнения в таблице. (Долговечность — это время при котором 50% ламп из партии, работая при определенных условиях, будут предположительно повреждены. Повреждение определяется различными путями в зависимости от типа лампы, но оно означает полное отсутствие света или же падение выходной мощности (в люменах) до 80% от номинальной).

			Относит. долговечность в тысячах часов		Световая отдача в люменах		Сравнит. цена в Англии
	Обычные лампы накаливания	1	600	0,50
	Галогенные	3,5	900	4,00
	Обычные люминесцентные	9,0	3000	5,00
	Специальные люминесцентные	9,0	3000	22,00
	Натриевые высокого давления (SON)	24,0	4000	20,00
	Натриевые низкого давления (SOX)	16,0	8500	35,00
	Металлогалидные	6,0	4500	40,00
	HPMV	12,0	1850	10,00
	Гибридные лампы	(6,0)	(900)

Все эти данные варьируются от поставщика к поставщику, но эти изменения незначительны.

Указываемая в справочной литературе и во вкладышах к лампам, выходная световая мощность в милливаттах (приблизительно 1 люмен = 3 милливаттам) рассчитывается для восприятия человеческим глазом (чувствительность которого меняется в зависимости от изменения цвета освещения) и, поэтому, эти цифры скорректированы с учетом нашего зрительного пика восприятия, который находится вблизи 555 нанометров, т. е. в зеленой части спектра. Если бы эти цифры устанавливались принимая во внимание восприятие/чувствительность растений, они бы отличались в некоторой степени в зависимости от цвета излучаемого света любой из этих ламп.

В действительности, любая лампа, испускающая много света на пике чувствительности растений в области излучения с длинной волны 675 нанометров и сравнительно меньше вблизи 555 нанометров, покажется «ярче» для растений чем для людей, и, следовательно, имеет значительно более высокую действующую силу в люменах, когда используется для освещения растений, по сравнению с наблюдением человеческим глазом. Факторы для перевода люмен, видимых человеческим глазом, в люмены для растений существуют, но они уникальны для каждого типа ламп из-за уникальности их баланса.

Выбор типа ламп:

Стандартные лампы накаливания (GLS) испускают непрерывный спектр излучения, содержащий мало синих лучей, но множество красно-оранжевых. Если эти лампы не используются как добавка к естественному свету, то они не подходят для ускорения развития растений. Они годны для вызывания фотопериодического эффекта и оттого что они дешевы и легки в эксплуатации, их часто используют в этих целях в коммерческих хозяйствах.

Окрашенные лампы накаливания не дают дополнительного света соответствующего их цвету окраски — они просто отфильтровывают все остальные цвета. Поэтому, лампы накаливания с голубой колбой не дают больше голубого света, чем обычные «белые» лампы накаливания.

Вольфрамово-галогенные лампы доступны в различных видах, но они очень схожи с лампами накаливания. Они работают при большей температуре чем GLS лампы и, следовательно, испускают больше света в направлении голубого края спектра, хотя и недостаточно для правильного развития растений в условиях полного отсутствия дневного света. Эксплуатационные качества этих ламп зависят от напряжения в сети — изменения напряжения на вольт или два от расчетного рабочего приводят к драматическому эффекту в их жизни.

Стандартные люминесцентные лампы доступны множества цветов и оттенков. Большинство людей когда-нибудь видело лампы: белого-холодного, теплого-белого, дневного света и т. д. и т. п., этих вариаций не счесть. В люминесцентных лампах свет испускается от фосфоров, каждый из которых светит различными цветами. Обычно применяются фосфоры трех цветов — красного, зеленого и голубого, смешивая их в различных пропорциях получают лампы с различным цветом (оттенком) свечения. «Теплые» лампы содержат в своем спектре больше света по направлению к красному концу спектра, «холодные» содержат больше голубых лучей. Никакие из этих ламп, обычно продаваемых для бытового использования, не являются идеальными для освещения растений, т. к. основной спектр их излучения лежит в зелено-желтой части спектра, где чувствительность растений к свету не столь велика, и они слабо светят на пике максимальной чувствительности растений в красной области спектра.

Разработано множество специальных типов люминесцентных ламп для использования в специфических областях деятельности. Среди них продаются лампы специализированные для стимулирования развития растений и испускающие свет точно вблизи пика чувствительности растений в красной части спектра и при этом содержащие нужное количество голубых лучей для поддержки нормального развития растений даже при полном отсутствии дневного света. Такая комбинация оранжево-красного и голубого светов выглядит на глаз голубовато-белой.

Причиной высокой стоимости таких ламп по сравнению с обычными является их сравнительно маленький объем производства (только в Англии каждый день производится несколько миллионов стандартных белых трубок), а также меньшая конкуренция между их производителями.

Специальные люминесцентные лампы часто используются, когда необходимо создать полностью контролируемую окружающую среду в помещениях, предназначенных для выращивания растений культурой тканей или для экспериментальных растений или для многих исследований по тестированию химикалиев. Их недостаток в том, что они должны быть расположены очень близко для создания достаточного уровня освещенности, необходимого для правильного развития растений, хотя это не особо важный ограничительный фактор при условии их использования в спец. помещениях, где эти трубки являются единственным источником света. Люминесцентные лампы не пользуются коммерческим успехом, как источники дополнительного освещения, за исключением тех немногих требований, когда необходимо достичь фотопериодического эффекта.

В таком случае используются стандартные лампы белого света.

Другой тип специальных люминесцентных ламп изготовляется для работы с высокочастотным возбуждением (а не для работы на стандартной частоте сети в 50 герц). Для работы с ними требуются довольно дорогие электронные пускорегулирующие устройства. Эти лампы примерно на 25% более эффективны чем обычные люминесцентные. Сейчас они становятся довольно коммерчески популярны.

Подобно люминесцентным лампам, натриевые лампы высокого давления (SON) не могут питаться напрямую от сети. Они нуждаются в специальных пускорегулирующих устройствах состоящих из балластного устройства и стартера (в компактных люминесцентных лампах эти устройства встраиваются в саму лампу, в то время как SON лампы доступны только со встроенным стартером, но не балластным устройством). SON лампы излучают свет, воспринимаемый глазом как желтовато-белый, но они излучают точно в оранжево-красной части спектра, как раз в области высокой чувствительности растений. Они испускают очень мало голубого света и, поэтому, не подходят как единственный источник света необходимого для правильного развития растений. Они, однако, крайне эффективны как дополнение к естественному дневному свету, для искусственного увеличения продолжительности светового дня и широко коммерчески используются для такого применения. Этот выбор делает также более привлекательным тот факт, что они имеют очень долгий срок службы и сохраняют в течении всего этого срока высокую световую отдачу.

Недавние новинки среди SON ламп — спец. лампы, продаваемые фирмой «Phlips» марки «SON-T» и конкурирующие с ними лампы марки «Planta T», производимые фирмой «OSRAM» — оба производителя утверждают, что эти лампы излучают достаточно голубого света для их использования как единственного источника света для растений. Так как сейчас они доступны только мощностью 400 ватт и выше и при этом не имеют встроенного стартера, то они делаются непривлекательными для обычных любителей и остаются очень привлекательными для коммерческого использования.

Натриевые лампы низкого давления (SOX) являются наиболее экономичными. Их главный недостаток в том, что они излучают свет по существу только двух длин волн, которые близки к друг другу настолько, что являются почти одним цветом — желтовато-оранжевым, что делает их неприменимыми как единственный источник света при культуре растений. Эти лампы обычно используются в Англии для освещения улиц. Длинна волны излучаемого ими света (590 нм) очень близка как к пику чувствительности глаза человека, так и к пику чувствительности растений, их световой выход экстремально высок. Вероятно, из-за того, что они крайне редко используются где-либо за пределами Англии, они почти не востребованы в сельском хозяйстве, даже несмотря на то что их эффективность в полтора раза выше чем у SON ламп. Арматура этих ламп разработана только для целей их использования при освещении улиц и иных публичных прогулочных мест.

Металлогалидные лампы дороги. Они испускают свет очень похожий на свет от люминесцентных ламп, и их принципы работы во многом схожи. Во всем, что касается производительности, во всех сферах применения они также схожи с люминесцентными лампами, и это также касается необходимости применять дополнительные пускорегулирующие устройства для их работы. Их цвет свечения значительно изменяется в процессе работы.

Ртутные лампы (HPMV) широко использовались в профессиональной агрокультуре вплоть до последних лет, но SON лампы и металлогалидные ныне более предпочтительны, что обусловлено их намного меньшими размерами. HPMV лампы излучают достаточно голубого света также, как и оранжевого, что делает их подходящими для использования как единственного источника света для культуры растений. Они не могут питаться напрямую от осветительной сети и нуждаются в пускорегулирующих устройствах.

Гибридные лампы, с которыми мы обычно сталкиваемся, являются комбинацией HPMV капсулы и очень стойкого элемента накаливания, который очень изобретательно используется, как пусковое устройство для капсулы — и, поэтому, эта лампа может работать напрямую от сети. Жизнь этой лампы обусловлена сроком службы одной более недолговечной ее частью. Эта лампа разработана для тех, кто хочет ее использовать как единственный источник света для растений, и хочет просто вставлять лампу в стандартную арматуру. В результате эти люди получают лампу накаливания с добавкой голубых лучей.

Итак, определим более детально выбор лампы. Есть вопросы, на которые не так как просто ответить. Сколько Вы можете потратить денег? Насколько большую площадь Вам необходимо освещать? Сколько солнечного света может получать растение? Как долго могут эксплуатироваться лампы?

Наиболее популярный выбор: в коммерческих хозяйствах без соперников — наиболее популярны SON (или SOX) лампы, если требуется дополнительное количество голубого света — дополняются металлогалидные лампы (которые могут работать с дросселями SON ламп). В качестве альтернативы могут применятся новые сельско-хоз. SON лампы от Philips и Osram.

В небольших любительских масштабах с лампами, работающими только небольшой период времени, расходы на сравнительно дорогую пускорегулирующую арматуру трудно оправдать и, поэтому, есть три выбора — гибридные лампы, стандартные или специальные люминесцентные и, вероятно, SON лампы со встроенным стартером или без него.

Первый тип — громоздкие, дорогие, короткоживущие со средней эффективностью. Второй — громоздкие, но дешевые (включая необходимые ПРУ) и имеют относительно средний срок службы и среднюю эффективность. Третьи — дорогие и требуют сравнительно дорогие ПРУ, но они имеют маленькие размеры и высокую эффективность при долгом сроке службы — хотя из всех трех типов ламп только они не могут применяться при полном отсутствие солнечного освещения.

Освещение обычными лампами накаливания также возможно, так как они дешевы, но их срок службы короток и эффективность крайне низкая. При их использовании также обязательно, что бы растение дополнительно получало естественный дневной свет.

Идеальная система: для продвинутого любителя, который хочет использовать искусственную подсветку в течении долгого периода времени и над сравнительно большим количеством растений — это примерно то же что и используется в коммерческих хозяйствах — SON или SOX лампы (SON вероятно 50 и 70 ваттные, SOX 35 и 55 ваттные). Если необходим дополнительный источник голубого спектра, то вероятно лучше дополнительно использовать специализированные (с высоким содержанием голубого света) люминесцентные лампы, такие как Gro-lux, так как при развертывании системы они обходятся значительно дешевле чем металлогалидные. Но все это до тех пор пока не станут реально предлагаться новые 400 ваттные «SON-T Agro» и «Plant-T» лампы.

Расположение ламп очень важно. Сперва используйте хорошего качества белый или из полированного алюминия рефлектор, в противном случае вы будете терять до половины света на рассеяние. Держа в уме уровни освещения, упомянутые ранее, последующие данные также будут полезны: 1000 люмен исходящие из точки (спираль лампы накаливания может принять за точку) и полагая что используется рефлектор, дают уровень освещенности на дистанции 50 см от этой точки примерно равный 320 люмен на кв. метр, 1000 люмен исходящие из 30 см полосы (такой как люминесцентная трубка) дают на дистанции в 50 см от нее примерный уровень в 1000 люмен на кв. метр.

Растение необходимо ставить к лампам максимально близко, настолько, насколько это позволяет тепло, исходящее от них. Сеянцы, закрытые для сохранения влажности полиэтиленовым пакетом, могут быть полностью сохранны в 3 см от 70 ваттной SON лампы.

Во всех случаях необходимо помнить о законе обратных квадратов. Отодвигая источник света на расстояние вдвое большее, мы получаем уровень освещенности в 4 раза меньший. (в 3 — в 9). Добавьте рефлектор над лампой, и уровень освещенности может возрасти примерно вдвое.