Науково-технічні основи підвищення ефективності опромінювальних установок для світлокультури рослин - Автореферат

Ефективність поглинутої енергії випромінювання нерідко буває невисокою через низьку якість опромінення, що зумовлено невідповідністю спектрального складу випромінювання і спектра поглинання обєкта, нерівномірністю розподілу опромінення по опромінюваній поверхні або обєму опромінюваного простору. Поряд із цим проблема підвищення ефективності ОП для світлокультури рослин вимагає вирішення таких завдань: створення методологічних засад та технічних засобів пошуку високоефективних джерел випромінювання, побудова адекватних математичних моделей опромінювальних установок (ОУ) та вироблення на їх основі аналітичних методів світлотехнічного розрахунку, впровадження сучасних систем моніторингу та керування роботою ОУ. Основний обєм експериментальних досліджень щодо впливу світлових полів на ріст і розвиток рослин закритого ґрунту було проведено на швидкоростучій рослині Brassica rapa з використанням стандартних методик визначення сухої біомаси рослин, концентрації пігментів та відновлених коферментів у листках. провести експериментальні дослідження впливу змінних світлових полів на ріст і розвиток рослин у замкнутому екологічному середовищі з метою перевірки адекватності розроблених математичних моделей та підтвердження зростання ефективності запропонованих опромінювальних установок. На основі аналізу кінетики процесів фотосинтезу та росту і розвитку рослин уперше дано наукове обґрунтування та розвинуто новий напрямок підвищення ефективності опромінення рослин, який базується на використанні змінних світлових полів.Визначено основні напрямки енергоощадного опромінення рослин: підбір високоефективних ДВ із максимально сприятливим спектральним складом випромінювання, забезпечення заданого розподілу густини потоку випромінювання як по опромінюваній поверхні, так і в опромінюваному просторі, розробка сучасних систем моніторингу та керування роботою ОУ, використання змінного опромінення з врахуванням кінетики окремих технологічних процесів. 1) Визначення ефективності джерел випромінювання в системі фотосинтезних величин, в основі якої є фотосинтезний потік або фітопотік, що визначається за формулою: , (1) де j(l) - спектральна густина потоку випромінювання; Vфс(l) - відносна спектральна фотосинтезна ефективність випромінювання. Згідно ОСТ 46 140-83 - ??1=380-500 нм, ??2=500-600 нм і ??3=600-780 нм, фотосинтезний потік можна подати у вигляді складових: , (2) де Фе - потік ФАР; - усереднена відносна енергія випромінювання на і-й ділянці спектру ??і у відсотках до загального випромінювання ФАР; Кф(?і) - функція спектральної фотосинтезної ефективності випромінювання, яка згідно ОСТ 46 140-83 приймається: Кф(?1)=0,6; Кф(?2)=0,4; Кф(?3)=1,00. Розрахунок швидкості переміщення опромінювача за заданою енергією опромінення вибраної ділянки проводився за формулою: , (8) де Не - енергія опромінення одиниці площі ділянки; I(a) - сила випромінювання, яка залежить від кута нахилу оптичної осі опромінювача до вертикалі; АС(х) - вектор, що зєднує положення опромінювача з вибраною точкою світлового поля С; b - віддаль, яку проходить опромінювач; No - вектор нормалі до опромінюваної ділянки. Для розрахунку опромінення площини довільної орієнтації була розроблена ще одна програма, послідовність операцій в якій відбувається за наступною схемою: задаються координати ОП в системі OXYZ та кут нахилу z його оптичної осі до вертикалі; в системі OXYZ задається опромінювана площина і звязується з нею система координат приймача PX1Y1Z1; на опромінюваній площині вибирається прямокутна ділянка з сторонами Rx1? Ry1, які співпадають з осями PX1 та PY1; задаєтьтся напрям одиничного вектора нормалі (Nx, Ny, Nz) до вибраної ділянки, який співпадає з віссю PZ1; ділянка розбивається на елементарні квадрати з стороною D; кожному елементу розбиття присвоюється пара цілих чисел (і,j), які відповідають його координатам по осях PX1 і PY1, якщо за одиничний відрізок прийняти D; визначається середнє опромінення Eij кожного елемента Dij; опромінення всієї ділянки задається матрицею {E} розміром Rx1/D?Ry1/D, елементами якої Eij є середні значення опромінення кожного Dij.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ