В поисках более эффективных источников для искусственного облучения растений в лаборатории искусственного климата ТСХА были испытаны дуговые ксеноновые лампы с водяным охлаждением ДКСТВ 6000.

Отечественная электропромышленность широко освоила выпуск трубчатых ксеноновых ламп мощностью от 1 до 100 кВт. Колбы трубкообразной формы дуговых ксеноновых ламп изготовляют из кварца. Внутри имеются два электрода и газ ксенон под давлением в рабочем режиме более 10 атм. Лампы обладают непрерывным спектром излучения в зоне от 200 до 1300 нм. В видимой области спектра излучение лампы близко по спектру к прямому солнечному, но ультрафиолетовое излучение с нижней границей около 200 нм и интенсивное инфракрасное с максимумом около 900 нм значительно превышают таковую у солнца. Облученность в зоне ФАР достигает 500 Вт/м².

Среднее значение энергии (W) излучения (%) различных источников в сравнении с дневным светом (по Д. А. Гоухбергу)

Участки спектра излучения

Спектраль­ный интервал, нм

Солнечное излу­чение, W

ΔW¹

лампа ксено- новая ДКСТВ-6000

лампа люми­несцентная ХБС

лампа накали­вания 500 Вт

Фиолетовый

400-450

15,3

- 0,2

- 3,2

- 10,7

Синий

450-500

18,9

- 0,4

- 8,2

- 10,2

Зеленый

500-570

17,8

- 1,1

- 0,7

- 2,8

Желтый

570- 590

16,9

0,0

7,7

3,4

Оранжевый

590-610

10,1

0,7

7,3

6,6

Красный

610-700

15,0

1,0

-2,9

13,7

¹ ΔW обозначает разницу в значении энергии между данным источником и дневным светом.

Эти особенности излучения ксеноновых ламп несколько затрудняют их использование для светокультуры растений, так как последним необходима защита и от коротковолнового ультрафиолетового излучения (стекло), и от теплового излучения (вода, теплофильтры).

Из выпускаемых теперь ксеноновых ламп для выращивания растений наиболее подходят трубчатые лампы мощностью 6000 Вт с водяным охлаждением ДКСТВ-6000.

Ксеноновая лампа с водяным охлаждением типа ДКСТВ-6000

Ксеноновая лампа с водяным охлаждением типа ДКСТВ-6000

У этой лампы кварцевая трубка с заваренными на концах металлическими электродами закреплена в центре стеклянного цилиндра, по которому циркулирует дистиллированная вода с температурой на выходе около 50° С. Зажигание трубчатой ксеноновой лампы переменного тока мощностью 6000 Вт с водяным охлаждением и поддержание нормального режима горения обеспечивается специальным устройством. Вредные избытки коротковолнового ультрафиолетового и ближнего инфракрасного излучения лампы устраняются с помощью комбинированного фильтра (стекло толщиной 1,5—2 мм, дистиллированная вода, иногда раствор медного купороса или хлорной меди с достаточной толщиной слоя). Для уменьшения доли инфракрасной радиации перспективно применять сухое интерференционное покрытие стеклянного цилиндра. Такое покрытие практически не изменяет спектральный состав излучения лампы в видимой части.

Спектр ксеноновой лампы ДКСТВ 6000 (1 — без покрытия, 2 — с интерференционным покрытием) и ДС-30 (3)

Спектр ксеноновой лампы ДКСТВ 6000 (1 — без покрытия, 2 — с интерференционным покрытием) и ДС-30 (3)

Чтобы сильнее снизить долю ИК-излучения, лампы ДКСТВ иногда помещают в двойную рубашку с толщиной воды более 20 мм, которая поглощает около 75% ИК-излучения. Рекомендуются также фосфатные тепло-поглощающие стеклянные светофильтры, снижающие инфракрасное излучение в области 900—2300 нм на 90— 95%; при этом потеря в области 400—700 нм не превышает 10%.

Сравнительная характеристика ксеноновых ламп мощностью 6000 Вт с водяным охлаждением

Показатель

Типы ламп

ДКСТВ-60001

XBF-60002

Мощность, Вт

6000

6000

Напряжение питания, В

220

220

Напряжение на лампе, В

200

135

Ток лампы, А

29

45

Сила света, кд

20 000

18 500

Световой поток, клм

220

215

Балластное устройство

Отсутствует

Требуется

Коэффициент мощности

0,93

0,60

Длина светящейся части лампы, см

25

11

Расход воды, л/мин

5

6

Срок службы, ч

Не менее 5003

600

¹ Выпуск МЭЛЗ.
² Выпуск Osram.
3 Раньше срок службы отечественных ламп был установлен в 500 ч, но теперь лампы типа ДКСТВ отечественного производства дают нормальный световой поток в течение 2000-2500 ч.

Лампа ДКСТВ-6000 хорошо выдерживает перегрузку. Если повысить напряжение в сети до 300 В, лампа даст мощность порядка 16 кВт, световой поток увеличится до 720 клм, светоотдача составит 45 лм/Вт.

Основные достоинства ламп ДКСТВ для светокультуры растений:

  • благоприятный спектральный состав излучения;
  • большой световой поток;
  • отсутствие балластного устройства.

Отрицательный момент — необходимость в пусковом устройстве и в устройстве для охлаждения.

Для тепличных хозяйств можно рекомендовать две конструкции облучателей. Первая была создана в 1963 г. О. С. Фанталовым (ТСХА). Она отличается простотой формы, небольшими размерами и малым весом. Все это позволяет легко передвигать ее в зависимости от состояния растений. Высота подвеса 1,3—1,5 м. Поджигающее устройство отделено от лампы и может находиться на любом расстоянии от нее. Охлаждение осуществляется или проточной водопроводной водой, для чего требуется регулярная промывка накипи, или циркулирующей по замкнутой системе дистиллированной водой, что позволяет успешно эксплуатировать лампу без промывки в течение 30-40 дней. Эта установка дает возможность выращивать невысокие растения и рассаду на площади 15—18 м² при условии расположения ламп в определенной системе.

Во ВНИСИ разработана промышленная конструкция и изготовлены опытные арматуры для ламп ДКСТВ-6000 с водяным охлаждением. В этой конструкции поджигающее устройство составляет одно целое с лампой и подвешивается над растениями. Его размеры 0,55X0,29 м, вес выше 40 кг, площадь облучения рассады около 15 м². Охлаждение ламп осуществляется так же, как и в системе О. С. Фанталова: проточной водопроводной либо дистиллированной водой по замкнутому контуру.

Установка для ускоренного выращивания растений без естественного излучения — УВР — создана совместными усилиями коллективов Института физики СО АН СССР (Г. М. Лисовский) и конструкторским бюро источников высокоинтенсивного света Министерства электронной промышленности СССР (В. И. Булыков). Она состоит из трех секций общей площадью 15 м². Поддоны заполнены керамзитом толщиной 250 мм, в которые поочередно регулярно подается 250—300 л раствора Кнопа на 7—10 мин. Раствор возвращается в бак самотеком за 12—15 мин. Кроме системы питания, установка имеет единую систему зажигания, водяного охлаждения, контроля и управления шестью лампами типа ДКСТВ-6000, т. е. по две лампы на 5 м² (2,4 кВт/м²). Секции могут располагаться на различном расстоянии друг от друга. Ксеноновые лампы помещаются в облучателях с отражателем из альзакалюминия или полированной нержавеющей стали. Вертикальное перемещение облучателей возможно на 80 или 150 см от поверхности субстрата и поворот в вертикальной плоскости — на ±60° от нормального положения. При высоте подвеса 100 см освещенность рабочей поверхности составляет около 20- 30 клк при неравномерности ±10—15%. УВР предназначена для эксплуатации в помещении, имеющем вытяжную вентиляцию, при температуре воздуха не более 30° С и относительной влажности до 75%. Для охлаждения ламп используют дистиллированную воду. Для охлаждения этой воды — проточную воду (1,5—3,0 м3/ч в зависимости от ее температуры).

Значительно проще облучательная установка для ксеноновых ламп с воздушным охлаждением — ДКСТ-5000 и ДКСТ-10000. Однако эти лампы имеют значительно меньшую светоотдачу (23—24 лм/Вт) и выделяют избыточно много ИК-излучения, вызывающего перегрев, деформацию и подсыхание растений. Лампы этого типа иногда помещают над стеклянной ванной со слоем воды 150—200 мм. Такой своеобразный фильтр поглощает не только УФ и ИК-излучение, но и значительную долю ФАР, что приводит к весьма высоким затратам энергии на единицу сельскохозяйственной продукции.

В последних выпусках этих ламп к кварцу прибавляют специальные присадки (например, европий — ДКСТЕ) или используют легированный кварц (ДКСТЛ), которые практически снимают коротковолновое (> 300 нм) ультрафиолетовое излучение.