Натриеви лампи с високо налягане. Натриеви лампи за растения в оранжерии

Газоразрядните натриеви лампи са най-ефективните сред съществуващите източници на светлина по отношение на съотношението на излъчваната светлина към консумираната енергия, но техният спектър е неудобен за човешкото око. Липсата на синьо образува монохромна картина на околното пространство. Поради тази характеристика, натриевите лампи, въпреки отличната си икономичност, се използват в ограничена степен - главно за улично осветление. Междувременно преобладаването на жълто-червените "слънчеви" и зелени спектри има благоприятен ефект върху растежа на всички растителни видове, което се използва широко в оранжериите.

Какво представляват натриевите лампи

Те принадлежат към газоразрядни лампи по аналогия с живачни, флуоресцентни, халогенни, ксенонови "братя". Източникът на светлината е газообразен натрий в комбинация с други елементи, изпомпван в стъклена колба. Под въздействието на електрическа дъга натрият се нагрява до високи температури и започва да свети с ярка жълто-оранжева светлина, до края на живота на лампата се превръща в червен спектър.

Характеристики

Мощността на натриевите лампи е най-високата в класа - до 200 Lm/W (лумен на ват). Характерните черти са ниската цветна температура (2100-2700 K) и доминирането на жълто-червения емисионен спектър с минимално количество синьо. Тази комбинация води до факта, че лампите от този тип запълват околното пространство с монохромна жълто-оранжева светлина, в резултат на което човешкото око не различава ясно цветовете и очертанията на предметите. Те губят дълбочина, обем, ориентация и оценката на разстоянията до обектите става трудна. Но за растенията на определени етапи на растеж, просто се нуждаят от "слънчев" спектър на радиация.

Според принципа на действие те се разделят на два основни класа:

Натриеви лампи с високо налягане (HPS - HighPressure Sodium).
Натриеви лампи с ниско налягане (LPS - натрий с ниско налягане).

LPS лампите са разработени през 30-те години на миналия век. Те имат най-висока ефективност (180-200 Lm/W), но поради структурни несъвършенства тези лампи се оказаха капризни и дори опасни. Обикновеното кварцово стъкло е беззащитно срещу агресивните ефекти на натрия: бързо се изпарява и при повреда на осветително устройство газът може да експлодира (да се възпламени), когато реагира с кислород.

През 60-те години General Electric разработва керамика, използваща алуминиев оксид (поликор, лукалос), за да устои на натрий при високи температури. Този пробив направи възможно връщането към производството на този тип осветителни тела с отлична ефективност. За да се подобри сиянието на газа, той се изпомпва под високо налягане. Схемата за свързване е по-проста от тази на LPS. За съжаление, повишаването на налягането на газа и други фактори доведоха до значително намаляване на светлинната ефективност - до 50-150 Lm/W (в зависимост от неговата мощност), но индексът на цветопредаване (CRI) се увеличи от 20 на 85 и по-висок (от недостатъчно за добро).

Област на приложение

Осветителните тела с натриеви лампи с ниско налягане не се използват широко в света. В СССР и САЩ те разчитаха на по-усъвършенствани живачни светлинни системи. В редица европейски страни те се използват активно за пътно осветление.

Натриевите лампи с високо налягане са по-чести. Използваме ги за осветяване на градски улици, в ландшафтен дизайн, за осветяване на архитектурни обекти. Те се използват в промишлени помещения, където не се изисква ярка светлина. Напоследък водещи корпорации (Philips, General Electric и други) значително подобриха дизайна и потребителските качества на тези лампи: тяхното спектрално покритие се разшири значително, цветната температура се увеличи (от 2100 на 2700 K) - някои модели вече са подходящи за осветление на жилищни (промишлени) помещения ... От особено значение е използването на натриеви лампи в оранжерийната индустрия.

Класификация

Натриевите осветителни тела се различават по няколко важни начина. По своя конструктивен тип те се разделят на:

Дъгово натриево огледало (DNaZ).
Arc натриев матов (DNaMT).
Натриев дъга в колба за разсейване на светлина (DNaS).
Дъга натриева тръбна (DNaT).

Осветителните тела се отличават и с текущата консумация (220V и 380V), които от своя страна са разделени по мощност: от 50 до 1000 W.

Натриеви лампи за оранжерии

Анализът на енергопотреблението на оранжериите показа, че процесите на облъчване и отопление на растенията са най-енергоемките. Около 40% от електроенергията, консумирана от оранжериите, се използва за облъчване. Следователно фермерите постигат увеличение на производството на зеленчуци чрез въвеждането на енергоспестяващи осветителни устройства.

От голямо значение, освен оптималните параметри на микроклимата на оранжериите, е и качеството на облъчване на растенията. Поради това е уместно също да се изследва влиянието на качествените параметри на осветлението върху растежа и морфологичното развитие на разсад. Използването на принципно нови източници на светлина в технологиите за облъчване на растенията - модерни натриеви лампи в комбинация с други източници на осветление (например светодиоди) - може значително да увеличи крайния добив.

Научен подход

Холандската корпорация Philips е лидер в подобряването на оранжерийното осветление, което не е изненадващо предвид водещите позиции в холандската оранжерийна индустрия. Компанията е извършила научни и практически изследвания (през 2012 г. в Украйна, през 2013 г. в Холандия), които доказаха, че натриевите лампи са най-предпочитани за растенията. Те са по-ефективни от компактните флуоресцентни лампи, които имат по-ниска светлинна ефективност и не осигуряват оптимален светлинен спектър. Паралелно доказано: лампите с нажежаема жичка и живачните лампи консумират твърде много електроенергия, за да бъдат икономически жизнеспособни.

Още по-добри показатели се постигат, ако растенията са осветени не само отгоре, но и отстрани, в пътеките. Икономичните светодиоди (LED) са напълно подходящи за това. Комбинирането на натриеви и LED светлини води до по-високи добиви. През 2012 г. е създадена първата индустриална оранжерия в Уман (Украйна), където са комбинирани тези видове осветителни тела. Площта на обекта със смесено LED осветление и натриеви лампи беше 6000 m 2. Общо в оранжерията са монтирани 1230 LED модула и 870 лампи с HPS лампи. Експериментът показа, че добивът от домати (при спазване на други изисквания) може да достигне 73 кг/м 2 годишно.

След това, благодарение на подобен експеримент в Холандия (2013), комбинираното използване на HPS и DM доведе до 30% увеличение на добива. По-късно технологията е приета в Англия, Дания, Канада, Япония, Китай и други страни.

Технология

Лампата под натриевата лампа е поставена отгоре - зарежда растенията с жълто-червена „слънчева светлина“ (зеленият спектър, също излъчван от тези осветителни устройства, не е толкова важен). Препоръчително е да се използват светодиоди (или флуоресцентни лампи) като допълнителен инструмент за странично облъчване, основното предимство на което е, че, намирайки се в долната част на вертикално отглежданите растения, светлината попада в долните нива на листата, които получават недостатъчно горна част светлина. Тази комбинация увеличава интензивността на фотосинтезата, благоприятства растежа и правилното развитие на растенията. Допълнителното осветление е полезно на етапи, когато културите се нуждаят от син спектър от светлина, който почти липсва в натриевите лампи.

Как работи

За усвояването на светлинните фотони в растенията са отговорни специални пигменти - каротеноиди, a- и b-хлорофили. Каратиноидите абсорбират светлината изключително в синята гама, хлорофилите - в синьото и червеното. Въпреки това, максимумите на абсорбция на хлорофилите, основните фотосинтетични пигменти, са в диапазона от 640-680 nm, а за каротеноидите - в диапазона от 470-480 nm. Според тези параметри най-ефективните източници на светлина за оранжерийни условия са натриевите лампи с високо налягане (HPL) с работен обхват 500-700 nm. Тяхната стабилност, експлоатационен живот, светлинна ефективност, икономическа ефективност са най-оптимални.

Лампите с мощност 50-150 W са по-малко надеждни и имат ниска стабилност на параметрите по време на техния експлоатационен живот от лампите със средна мощност (250 W или повече). Причините за това са наличието на забележим коригиращ ефект при запалване на лампи с ниска мощност, който може да достигне 2 минути. В този случай през лампата преминава повишен ток, в резултат на което има интензивно разпрашаване на катодни материали и образуване на непрозрачен налеп върху вътрешната повърхност на разрядната тръба. Запалващият импулс и стойността на пусковия ток влияят върху значимостта на коригиращия ефект; следователно енергията на импулса трябва да осигури бърз преход от тлеещ разряд към дъгов разряд. За да се предотврати появата на коригиращ ефект, се използват блокиращи устройства с постоянен ток. Следователно в оранжериите често се използват NLVD с мощност 250 W или повече.

Проблемите на околната среда

Създаването на съвременни технологии за отглеждане на оранжерийни растения е свързано с използването на разрядни лампи с висока интензивност, по-специално натриеви. Широкото им използване е положителен фактор за интензификацията на това производство, въпреки че е свързано със сериозен екологичен проблем. По-голямата част от съвременните газоразрядни лампи съдържат токсично вещество - живак. Натриевите лампи например могат да съдържат натриева амалгама (сплав на живак). Ако такава лампа се счупи над насажденията вътре в оранжерията, поставените под нея растения (зеленчуци, зеленчуци, разсад, стайни цветя) стават неизползваеми.

Основната насока за подобряване на екологичността е създаването на високоефективни газоразрядни лампи без живак. Наскоро тези работи бяха извършени от отделни осветителни фирми, включително в страните от ОНД. Натриевите лампи с намален живак в изпускателната тръба и напълно безживачни модели вече съществуват и все повече се използват в оранжерийната индустрия.