Метод визначення просторової фотосинтезної опроміненості
Обгрунтовано метод розрахунку фотосинтезної опроміненості на рівні листа рослини, в якому враховується
 додаткове випромінювання, відбите поверхнями стін і стелі. Метод забезпечує визначення фактичної фотосинтезної
 опроміненості у виробничому приміщенні теплиці із візуалізацією прос...
Saved in:
| Published in: | Технічна електродинаміка |
|---|---|
| Date: | 2016 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут електродинаміки НАН України
2016
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135739 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Метод визначення просторової фотосинтезної опроміненості / Л.С. Червінський, С.М. Усенко, Т.С. Книжка, Я.М. Луцак // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 5. — С. 88-90. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860212836538515456 |
|---|---|
| author | Червінський, Л.С. Усенко, С.М. Книжка, Т.С. Луцак, Я.М. |
| author_facet | Червінський, Л.С. Усенко, С.М. Книжка, Т.С. Луцак, Я.М. |
| citation_txt | Метод визначення просторової фотосинтезної опроміненості / Л.С. Червінський, С.М. Усенко, Т.С. Книжка, Я.М. Луцак // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 5. — С. 88-90. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технічна електродинаміка |
| description | Обгрунтовано метод розрахунку фотосинтезної опроміненості на рівні листа рослини, в якому враховується
додаткове випромінювання, відбите поверхнями стін і стелі. Метод забезпечує визначення фактичної фотосинтезної
опроміненості у виробничому приміщенні теплиці із візуалізацією просторового розподілу опроміненості
у горизонтальній площині на рівні листа рослини в процесі її розвитку.
Обоснован метод расчета фотосинтезной облученности на уровне листа растения, в котором учитывается
дополнительное излучение, отраженное поверхностями стен и потолка. Приведен пример использования
данного метода для определения фактической фотосинтезной облученности в производственном помещении
теплицы с рисунками, показывающими пространственное распределение облученности в горизонтальной
плоскости на уровне листа растения.
Based methods of calculation fotosintesis irradiance at the level of plant leaves, which takes into account additional
radiation reflected by the surface of the walls and ceiling. An example of using this method to determine the actual
fotosinteznoi irradiation in greenhouses workplace with pictures that reflect the spatial distribution of the irradiance in
the horizontal plane at the level of the leaves of plants.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:14:55Z |
| format | Article |
| fulltext |
88 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 5
УДК 631.22: 628.8
МЕТОД ВИЗНАЧЕННЯ ПРОСТОРОВОЇ ФОТОСИНТЕЗНОЇ ОПРОМІНЕНОСТІ
Л.С.Червінський, докт.техн.наук, С.М.Усенко, канд.техн.наук, Т.С.Книжка, канд.техн.наук, Я.М.Луцак
Національний університет біоресурсів і природокористування України,
вул. Героїв Оборони, 15, Київ, 03041, Україна,
e-mail: lchervinsky@gmail.com
Обгрунтовано метод розрахунку фотосинтезної опроміненості на рівні листа рослини, в якому враховується
додаткове випромінювання, відбите поверхнями стін і стелі. Метод забезпечує визначення фактичної фото-
синтезної опроміненості у виробничому приміщенні теплиці із візуалізацією просторового розподілу опромі-
неності у горизонтальній площині на рівні листа рослини в процесі її розвитку. Бібл. 6.
Ключові слова: теплиця, опроміненість, розрахунок, витрати електроенергії.
Низький рівень природної освітленості в теплицях і короткий зимовий день потребує додаткового
опромінення та штучного підтримання температурного режиму і вологості за рахунок значних витрат невід-
новлюваної енергії. Відомо, що біля половини собівартості продукції припадає на електроенергію. Тому дер-
жавного рівня набувають питання збереження електроенергії, яка витрачається на освітлення приміщень та
опромінення рослин. Одним із шляхів зниження витрат електроенергії на світлокультуру рослин є вдоскона-
лення методів розрахунку фотосинтезного опромінення з подальшим автоматичним підтриманням ефективного
рівня опроміненості.
При розрахунку освітленості та опроміненості у виробничих приміщеннях у нашій країні найбільш по-
ширеними є методи коефіцієнта використання світлового потоку (КВСП), точковий метод (ТМ) та метод пито-
мої потужності (МПП). Ці апробовані методи мають ряд недоліків. Метод КВСП дає опосередковане значення
освітленості (опроміненості) лише на горизонтальній робочій поверхні; ТМ не враховує відбиття потоку оптич-
ного випромінювання від стін і стелі; МПП використовується для наближених розрахунків [1, 3].
Існують більш досконалі сучасні методи розрахунку освітлення в програмних середовищах DIALux,
Relux Professional, Lightscape, Calculux і EUROPIC [5, 6]. Загальним недоліком даних комп’ютерних програм є
відсутність урахування додаткового випромінювання, відбитого та розсіяного у просторі поверхнями стін і
стелі.
Тому в даній роботі вирішується задача створення універсального методу, який дозволяє підвищити
точність визначення фактичної фотосинтезної опроміненості на рівні листа рослин з урахуванням додаткового
випромінювання, відбитого та розсіяного у просторі поверхнями стін і стелі.
Універсальний метод розрахунку опроміненості. Пропонується розглядати стіни і стелю як додаткові
дифузно випромінюючі джерела нерівномірної яскравості. Тоді опроміненість на будь-якій точці горизонталь-
ної розрахункової поверхні можна визначити як суму опроміненостей, утворених прямим випромінюванням
світильників і відбитим від стін і стелі за виразом
Е(х,у) = Есв (х,у)+ Естін (х,у)+ Естелі(х,у), (1)
де Есв – опроміненість, утворена прямим фотосинтезним потоком світильників; Естін – опроміненість, утворена
відбитим від стін фотосинтезним потоком; Естелі – опроміненість, утворена фотосинтезним потоком, відбитим
від стелі між світильниками.
Розглядаючи світильники як точкові джерела, опроміненість у точці на розрахунковій поверхні, яка
утворена прямим випромінюванням світильників, розрахуємо за відомою формулою [3]
3
2
cos
1000
n n
n p
IFE
H
α α
= ⋅∑ , (2)
де F – фотосинтезний потік лампи, фіт (фіт – 1 Вт потоку з довжиною хвилі 680 нанометрів) [3]; Іα – сила
фотосинтезного випромінювання світильника в напрямку опромінюваної точки на поверхні листа рослини,
фіт/стерадіан; α – кут між перпендикулярною віссю світильника і лінією, яка з’єднує світловий центр світиль-
ника з точкою на опромінюваній поверхні, град; Нр – перпендикулярна відстань від світильників до розрахун-
кової поверхні, м.
Визначивши cosαn через координати розташування опромінюваної точки та n-го світильника, отри-
маємо
( ) ( ) ( ) ( )
3 2 222 22
( , ) arccos
1000
nn n
св
n n n nn n n
Z I ZFE x y
Z x X y YZ x X y Y
α
⎡ ⎤⎡ ⎤⎡ ⎤⋅⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥= ⋅⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥
⎢ ⎥+ − + −⎢ ⎥⎢ ⎥+ − + − ⎣ ⎦⎣ ⎦⎣ ⎦
∑ , (3)
© Червінський Л.С., Усенко С.М., Книжка Т.С., Луцак Я.М., 2016
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 5 89
де Xn, Yn, Zn – координати розташування n-го світильника у вибраній системі координат; х, у – поточні гори-
зонтальні координати опромінюваної точки на поверхні листка рослини.
Для того, щоб представити стіну, як дифузне джерело відбитого випромінювання, визначимо пряму
опроміненість на поверхні стіни – Ес(х,z) від прямого світла за аналогічно побудованою формулою
( ) ( ) ( ) ( )
3
22 2 2 22 2
( , ) arccos
21000
nn n
c
n nn n n n n n
F IY Y
E x z
Yz Z x X Y z Z x X Y
α π
⎡ ⎤⎡ ⎤⎡ ⎤ ⎡ ⎤⋅⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥= −⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⋅⎢ ⎥− + − + − + − +⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦⎣ ⎦⎣ ⎦
∑ . (4)
При рівномірному розташуванні світильників картина ізофіт на 75% поверхні стіни складається з діля-
нок, які повторюються з кроком L, рівним відстані між світильниками.
Приймаючи, що яскравість стіни складається з m-ряду горизонтальних, рівномірно-яскравих прямо-
кутних зон, опроміненість Еm(x,y) від кожної з них у точці на горизонтальній розрахунковій поверхні можна
визначити, використовуючи вираз Хігбі-Левіна [4], за формулою
( )
( )
1 2 25
22 2 20
( , )
m
m
m
h L
c
m
h
E Rc z X x y
E x y dzdx
X x y z
π
+ ⋅ − +
=
⎡ ⎤− + +⎢ ⎥⎣ ⎦
∫ ∫ , (5)
де
mcE – середня опроміненість m-ї прямокутної зони на поверхні стіни, фіт/м2; Rc – коефіцієнт відбиття по-
верхні стіни, L − відстань між світильниками, м; hm − ширина (висота) mі горизонтальної світлової зони стіни,
що розглядається як світильник.
Тоді опроміненість на горизонтальній розрахунковій поверхні, утворену відбитим від стіни фотосин-
тезним потоком, можна визначити за формулою
( , ) ( , )cтіни m
m
E x y E x y= ∑ . (6)
У загальному випадку опроміненість та коефіцієнт відбиття стіни є функціями координат Eс(x,z),
Rс(х,z). Тому опроміненість розрахункової поверхні, утворену потоком від поверхні стіни, розрахуємо за
формулою
( )
( )
2 25
22 2 20 0
( , ) ( , )1( , )
H L
с
стіни
R x z Ec x z z X x y
E x y dzdx
X x y z
π
− +
=
⎡ ⎤− + +⎢ ⎥⎣ ⎦
∫ ∫ , (7)
де H – відстань від стелі до розрахункової поверхні, м; 5L – довжина ділянки горизонтальної поверхні, на якій
розраховується опроміненість від стіни, м.
Опроміненість розрахункової поверхні на рівні листа рослини, утворену відбитим від стелі випромі-
нюванням, розрахуємо аналогічно:
( )
5 2
22 2 20 0
( , ) ( , )1( , )
( )
B L
ст ст
cтелі
R x y E x z H
E x y dxdy
X x Y y Hπ
=
⎡ ⎤− + − +⎢ ⎥⎣ ⎦
∫ ∫ , (8)
де Rcm(x,y) – коефіцієнт відбиття фотосинтезного потоку від стелі; B – ширина приміщення, м; 5L – довжина
розрахункової ділянки, м.
На основі вищенаведених виразів узагальнююча фактична опроміненість на горизонтальному рівні
листа рослини складає суму опроміненостей, визначених за виразом (1), де підсумовуються результати виразів
(3), (7) та (8). Причому відсоткове співвідношення складових виразу (1) залежить від фактичних значень
коефіцієнтів відбиття стін та стелі і в реальних теплицях може змінюватися у достатньо широких межах. Метод
розрахунку фотосинтезної опроміненості на рівні листа рослини дозволяє зменшити витрати електроенергії за
рахунок використання джерел меншої потужності на 15...40 %.
Висновки.
1. Запропонований метод дозволяє визначити реальне значення горизонтальної опроміненості на зада-
ному рівні з урахуванням особливостей коефіцієнта відбивання фотосинтезного випромінювання поверхнями
бічних стін і стелі приміщення теплиці як функції просторових координат.
2. Використання даного методу в порівнянні з відомими методами визначення опроміненості на заданій
поверхні при проектуванні опромінювальних систем забезпечить зменшення витрат електроенергії за рахунок
використання джерел меншої потужності на 15…40 % та надасть можливість більш ефективного автоматичного
регулювання заданого рівня фотосинтезної опроміненості в процесі вирощування рослин.
90 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 5
1. Вергунов В.А., Вергунова И.Н., Шкрабак В.С. Основы математического моделирования: Для анализа и
прогноза агрономических процессов. – СПб.: СПбГАУ, 2003. – 219 с.
2. Дехоф П., Земборт Д. Автоматизированное проектирование внутреннего освещения // Светотехника. –
1994. – № 2. – С. 3–5.
3. Эмбрехт Дж. Аналитическое решение простой задачи искусственного освещения для тестирования
программ расчета освещения // Светотехника. – 1998. – № 5. – С. 15–18.
4. Крюгер Х., Фляйте С., Ширц К. Новые подходы к совместному проектированию естественного и ис-
кусственного света // Светотехника. – 1999. – № 3. – С. 15–17.
5. Тихомиров А.А., Шарупич В.П., Лисовский Г.М. Светокультура растений. – Новосибирск: Издательство
СО РАН, 2000. – 321 с.
6. Червінський Л.С., Сторожук Л.О. Електричне освітлення та опромінення. – К.: Видавництво «Аграр
Медіа Груп», 2011. – 214 с.
УДК 631.22: 628.8
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ФОТОСИНТЕЗНОЙ ОБЛУЧЕННОСТИ
Л. Червинский, С. Усенко, Т. Книжка, Я. Луцак
Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины,
ул. Героев Обороны, 15, Киев, 03041, Украина.
e-mail: lchervinsky@gmail.com
Обоснован метод расчета фотосинтезной облученности на уровне листа растения, в котором учитывается
дополнительное излучение, отраженное поверхностями стен и потолка. Приведен пример использования
данного метода для определения фактической фотосинтезной облученности в производственном помещении
теплицы с рисунками, показывающими пространственное распределение облученности в горизонтальной
плоскости на уровне листа растения. Библ. 6.
Ключевые слова: теплица, облученность, расчет, расход электроэнергии.
THE METHOD FOR DETERMINING THE SPATIAL FOTOSINTEZNOY IRRADIATION
L. Chervinsky, S. Usenko, T. Knizhka, Yа. Lutsak
National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine,
Heroev oborony str, 15, Kyiv, 03041, Ukraine.
e-mail: lchervinsky@gmail.com
Based methods of calculation fotosintesis irradiance at the level of plant leaves, which takes into account additional
radiation reflected by the surface of the walls and ceiling. An example of using this method to determine the actual
fotosinteznoi irradiation in greenhouses workplace with pictures that reflect the spatial distribution of the irradiance in
the horizontal plane at the level of the leaves of plants. References 6.
Keywords: greenhouses, irradiation, payment, power consumption.
1. Vergunov V., Voronov I., Shkrabak V. Basics of mathematical modeling: to analyze and forecast agronomich
processes. – St. Petersburg: SPbGAU, 2003. – 219 p. (Rus)
2. Dehof P., Zembort D. Computer-aided design of indoor lighting // Svetotekhnika. – 1994. – No 2. – Pp. 3– 5. (Rus)
3. Embreht J. Analytical solution of simple tasks to test the artificial lighting calculation programs // Svetotekhnika. –
1998. – No 5. – Pp. 15–18. (Rus)
4. Kruger H., Flyayter S., Shirts K. New approaches to the joint design of natural and artificial light // Svetotekhnika. –
1999. – No 3. – Pp. 15–17. (Rus)
5. Tikhomirov A., Sharupich V., Lisowski G. Photoculture plants. – Novosibirsk: Publishing House of SB RAS, 2000. –
321 p. (Rus)
6. Chervіnsky L., Storozhuk L. Electric lighting and radiation. – Kyiv: Ahrar Medіa Нrup, 2011. – 214 p. (Ukr)
Надійшла 29.01.2016
Остаточний варіант 23.06.2016
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-135739 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-7970 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:14:55Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Червінський, Л.С. Усенко, С.М. Книжка, Т.С. Луцак, Я.М. 2018-06-15T14:26:05Z 2018-06-15T14:26:05Z 2016 Метод визначення просторової фотосинтезної опроміненості / Л.С. Червінський, С.М. Усенко, Т.С. Книжка, Я.М. Луцак // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 5. — С. 88-90. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 1607-7970 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135739 631.22: 628.8 Обгрунтовано метод розрахунку фотосинтезної опроміненості на рівні листа рослини, в якому враховується
 додаткове випромінювання, відбите поверхнями стін і стелі. Метод забезпечує визначення фактичної фотосинтезної
 опроміненості у виробничому приміщенні теплиці із візуалізацією просторового розподілу опроміненості
 у горизонтальній площині на рівні листа рослини в процесі її розвитку. Обоснован метод расчета фотосинтезной облученности на уровне листа растения, в котором учитывается
 дополнительное излучение, отраженное поверхностями стен и потолка. Приведен пример использования
 данного метода для определения фактической фотосинтезной облученности в производственном помещении
 теплицы с рисунками, показывающими пространственное распределение облученности в горизонтальной
 плоскости на уровне листа растения. Based methods of calculation fotosintesis irradiance at the level of plant leaves, which takes into account additional
 radiation reflected by the surface of the walls and ceiling. An example of using this method to determine the actual
 fotosinteznoi irradiation in greenhouses workplace with pictures that reflect the spatial distribution of the irradiance in
 the horizontal plane at the level of the leaves of plants. uk Інститут електродинаміки НАН України Технічна електродинаміка Інформаційно-вимірювальні системи в електроенергетиці Метод визначення просторової фотосинтезної опроміненості Метод определения пространственной фотосинтезной облученности The method for determining the spatial fotosinteznoy irradiation Article published earlier |
| spellingShingle | Метод визначення просторової фотосинтезної опроміненості Червінський, Л.С. Усенко, С.М. Книжка, Т.С. Луцак, Я.М. Інформаційно-вимірювальні системи в електроенергетиці |
| title | Метод визначення просторової фотосинтезної опроміненості |
| title_alt | Метод определения пространственной фотосинтезной облученности The method for determining the spatial fotosinteznoy irradiation |
| title_full | Метод визначення просторової фотосинтезної опроміненості |
| title_fullStr | Метод визначення просторової фотосинтезної опроміненості |
| title_full_unstemmed | Метод визначення просторової фотосинтезної опроміненості |
| title_short | Метод визначення просторової фотосинтезної опроміненості |
| title_sort | метод визначення просторової фотосинтезної опроміненості |
| topic | Інформаційно-вимірювальні системи в електроенергетиці |
| topic_facet | Інформаційно-вимірювальні системи в електроенергетиці |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135739 |
| work_keys_str_mv | AT červínsʹkiils metodviznačennâprostorovoífotosinteznoíopromíneností AT usenkosm metodviznačennâprostorovoífotosinteznoíopromíneností AT knižkats metodviznačennâprostorovoífotosinteznoíopromíneností AT lucakâm metodviznačennâprostorovoífotosinteznoíopromíneností AT červínsʹkiils metodopredeleniâprostranstvennoifotosinteznoioblučennosti AT usenkosm metodopredeleniâprostranstvennoifotosinteznoioblučennosti AT knižkats metodopredeleniâprostranstvennoifotosinteznoioblučennosti AT lucakâm metodopredeleniâprostranstvennoifotosinteznoioblučennosti AT červínsʹkiils themethodfordeterminingthespatialfotosinteznoyirradiation AT usenkosm themethodfordeterminingthespatialfotosinteznoyirradiation AT knižkats themethodfordeterminingthespatialfotosinteznoyirradiation AT lucakâm themethodfordeterminingthespatialfotosinteznoyirradiation |