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中国花卉报2014年2月11日刊登 温室补光系统工程规划方法

2017/2/6

  规划的目的
  针对一个基地未来5年(中档补光产品寿命)或者10年(高档补光产品寿命)的补光系统进行科学规划和逐步实施,能够大幅度降低综合成本。
  规划成本是需要纳入预算的,系统设计的超前量也会导致前期投入相对较高,但通过大幅度提高补光效果、大幅度降低维护工作量、明显节约用电,可以预期二到三年内,通过高效合理的低成本运行,回收一次性投入的高出部分,在之后的系统设计寿命期限内,综合补光成本低于行业平均水平30%以上,优秀的设计可以节电50%以上。
  看似复杂的工程规划和实施计划,并不像想象中那样的高成本,因为有计划的工程实施,可以通过有效的设计,避免资财和人力资源浪费、降低方案设计和施工技术风险,仅此一项节约就有可能覆盖规划成本。
  其难度在于,需要有专业的团队完成专业设计和施工。我们都可以努力通过“smart work”提高盈利能力,通过智慧提高附加值。
  补光灯产品应用现状
  在过去20年里, 花期控制补光灯主流产品经历了白炽灯、荧光灯以及高压钠灯时代,三种光源的发光效率和寿命如下表。(本文不讨论LED的原因是,暂时还没有看到大规模LED花芽分化抑制补光的成功应用)。


表一 不同光源的发光效率和寿命

 

 
  白炽灯
  U型荧光灯
    电感高压钠灯
 电子高压钠灯
           
发光效率(PPF)
        0.34
0.87
    1.48
 1.55
可以理解为同功率情况下的发光能力1:2.6:4.2:4.6
高光效寿命(小时)
        300
  600
    2000
6000
高光效寿命是指发光量降低到初始发光量的80%的时间
国际市场份额(按照总功率,估计值)
        0.1%
   2%
         10%
     70%
其它还包括金卤灯、LED等


  根据需求选择补光灯种类
  一般来讲,每一种补光灯都适合某种应用规划:
  白炽灯适合小规模短期应用,面积小于100平方米,三个月以内的短期应用,其特点是光谱好、一次投入低、维护方便、短期内用电成本可接受。但是因为限制白炽灯生产的国家政策,购买会越来越困难。
  荧光灯适合两年应用的规划,加光面积小于10000平方米。因为多数花期控制在冬天进行,节能灯的高光效寿命期勉强能够应付使用两年(平均每天三小时,每年加光100天),其特点是针对不是很严格的光照要求、较低的一次投入成本、比白炽灯明显节电、品质好的(λ>0.9)第一年故障率小于10%。
  电感高压钠灯(镇流器、启动器、灯泡、灯头灯罩,四件套)适合五年规划,面积小于40000平方米,其特点是一次投入适中,维护工作量比荧光灯低50%左右,光质比白炽灯差但优于荧光灯,高光效钠灯600小时后的发光能力下降小于10%,寿命为5年(按照使用时间1500小时计算),启动器和灯泡的更换率略大于50%,铜芯线全封闭电感镇流器的更换率大于10%,灯头灯罩的更换率大于20%。值得重视而又没有被重视的是:第一,这种应用一定要配第五件配件,即补偿电容,我们称之为降流器,它能够使补光灯消耗的电流下降50%以上,节电6%~15%之间,从而降低供电系统的压力,大幅度减少供电线和配电箱故障,尤其是变压器容量需求会明显减少,新增一台变压器可以节约数十万元;第二、电感镇流器根据材质不同分为铝线的和铜线,铝线比铜线便宜30%左右,但故障率会比铜线高数倍,效率和寿命都明显低,尤其是防水防潮很差,不建议使用;第三,启动器分为两脚和三脚,后者比前者贵20%,但故障率会下降60%,采用后者灯泡的高光效寿命也会明显延长;第四,灯泡分为普通照明、高光效和专业农用钠灯,普通灯泡多为质量很差的产品,高光效的基本不会出现炸裂等低级质量问题,寿命更长,光衰很低,适合5年应用;专业农用钠灯适合10年规划。
  电子高压钠灯适合10年规划,高端电子农用高压钠灯适合20年规划(因为不适合中国市场,在这里不进行分析),是农业补光的发展趋势之一(本人预估LED成功规模应用还需要10年时间,原因是不同植物需要不同光谱,导致要非常有针对性的开发适合不同植物的补光灯)。电子高压钠灯适合大面积高品质种植,特点是一次投入高、光衰小、故障率低(全防水设计)、寿命长、节电。和铜芯电感五件套高压钠灯相比,灯具一次投入约为200%,光衰速度约为30%,故障率小于30%,寿命约为250%,节电约为15%。
  现有产品存在的普遍缺陷包括:第一、可移动特性,大多数补光系统都要求补光灯可无工具拆装、供电线路可无工具拆装,从而使拆装和移动所需的人力成本很低。分化抑制应用的季节性很强,每年需要拆装一次,更严重的是,因为花卉市场的不成熟,种植计划经常改变,会导致安装补光系统的棚室发生改变,这要求整个补光系统要移动到其它棚室内。为满足应用需要,补光灯和线路要采用防水螺旋接插件以及插挂的安装方式;第

  二、故障报警功能,尤其在大规模系统中,故障灯巡视所需的人工成本高,而且经常巡视不到位导致没能及时发现发生故障的灯。经济有效的实现方法是补光灯支持报警功能,通过一根报警线(绿色线,见下图)实现任意一只灯故障报警,并指示故障灯的大概位置。

图一声光报警原理和应用


  供电线

  针对短期应用以及三年以内的规划,棚内供电可以选择铝制线材,从而降低一次投入。大规模使用铝线会消耗电能并导致一系列问题,所以不建议应用在三年以上的应用中。合理选择铜质线材,通过节能和节约成本,一般可以在三年内收回投入高出的部分。
  和铜质供电线相比,铝线会导致以下问题:
  1. 主线过热,尤其在铜铝接头处,而且因为铝线寿命短,问题会越来越严重。

  2. 供电电压偏低,就是因为铝线电阻大,尤其在使用五年以后,电阻率会迅速上升。主线采用铝线,是大多数农业生产基地的普遍做法,建议整改,这样做不但浪费很多电能(一般在每小时30度电以上),也存在安全隐患相当大。

  配电箱
  选择配电箱大困难是没有专门为温室企业提供温室专用配电箱产品,企业能够采购的产品都没有专业和针对性设计。
  配电箱分为三个档次,第一种,是企业电工装配的,特点是单价相对低(因为常常看到装了不必要的元器件和选材不合理,所以成本较高)、可靠性不够高、维护工作量较大,这种适合三年以内的应用;第二种,是在电工材料市场定做的,特点是没有针对温室应用设计,而且价格很高。一般三年规划适合采用这种配电箱;第三种,是我公司提供的专业配电箱,其专业性体现在针对温室需求设计和选材、合理布线,采用不锈钢箱体,而且价格适中,适合十年规划的应用。
  工程施工
  由于中国和欧洲不同,现代化的设施种植行业发展不成熟,还没有出现为农业企业提供专业的补光设计、施工和维护服务的专业企业。现有的温室公司没有能力结合特定农作物品种的种植,提供更加细分的设计和服务,农业生产企业一直以来都是自己动手安装补光灯,必然使得工艺达不到十年应用的质量标准。
  建议三年及以上的应用规划,请专业的团队进行施工,同时签订数年的质量保证以及辅助维护协议,可以确保提高综合效益。