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教你组建家庭小型植物工厂 ——DIY植物(非洲堇)补光灯架

发布者: davidzhang82 | 发布时间: 2018-6-17 17:29| 查看数: 8839| 评论数: 154|帖子模式

本帖最后由 davidzhang82 于 2018-9-13 15:52 编辑

教你组建家庭小型植物工厂
——DIY植物(非洲堇)补光灯架
前言:早就想写这个帖子,重度拖延症的我拖延了一年多时间才开始写,好在有了一年时间来检验这个方法的实际有效性,教程不敢说,只是普通的经验交流,如果有什么不对的地方,欢迎大家指正、讨论。
概述:有点标题党了,植物工厂是现代农业生产上一个非常大的一个课题,借助百度百科上对植物工厂的解释,植物工厂是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统,是利用智能计算机和电子传感系统对植物生长的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度以及营养液等环境条件进行自动控制,使设施内植物的生长发育不受或很少受自然条件制约的省力型生产方式。

上面定义有点太学术了,推广到养殖花卉上,说白了,想养好花,无非是控制好花卉生长所需的几个条件:光照、温度、空气(包括氧气、二氧化碳、湿度等)、水分、土壤、肥和病虫害等,这些条件都控制在花卉生长的适宜条件内,生长开花结果自然不成问题。植物工厂是自动控制上面的大部分条件,而家庭里更多是自动控制光照,这也是本文讨论的重点。
万物生长靠太阳,各种生物生存,都是靠自养生物光合作用固定能量,靠食物链一级一级传递下去,植物光合作用是植物最基础最重要的生理活动,植物利用光能,同化二氧化碳和水制造碳水化合物并释放氧气的过程就叫光合作用。具体原理是怎么个物质、能量和形态转变,这个就太学术了,不展开谈,有兴趣的自行去阅读农业大学相关教材《植物生理学》,我只说具体怎么应用。

我刚组建灯架的时候,群里很多人都有疑问,非洲堇这种喜阴的植物,需要用补光灯吗?当你家里的非洲堇多达200盆以上的时候,所有窗台都被占满,背阴处叶片徒成菠菜的时候,就需要了。太阳光有很多不确定因素,我们地处北半球,冬夏日照时长不同,天气因素、室内环境等等,无法保证非洲堇充足光照的时候,就需要人工补光,来保证植物的光合作用。人工光源最大的优点就是条件可控,针对不同植物,选择不同光源。

正文:
一、灯具简介:
市面上的植物灯分为几大类,荧光灯、卤素灯、LED。
1.  荧光灯发展很长时间了,技术成熟,成本低廉,材料易得。缺点是寿命短,一至两年以后光衰严重,需要经常更换,光谱利用率一般,有大量能量浪费在绿光光谱区。选用荧光灯的话可以考虑喜万年的植物专用灯,“光合、水族、超光等”,和飞利浦的865搭配使用,这种灯在水族上应用已经很成熟了,各种植物均有很好的养殖效果。
2.  卤素灯,也有叫金卤灯的,多用在楼体亮化工程等。养绿色植物无敌,所有植物在金卤灯下都是又肥又绿又油亮的。6500K色温偏冷,发蓝绿色,稍微影响观赏,也是有大量能量浪费在绿光,发热量高,能耗高,不能养叶片带红色的植物。
3.  LED,新兴的照明设备,可以根据植物需要,自由选择光谱,很节能。最早的红蓝LED植物灯,就是根据植物利用率最高的吸收光谱,选择对应的红橙光和蓝紫光,这种方案好处是非常节能,效率最大化,尽可能不把电能浪费在无用的地方,很多大型的植物工厂都采用这种方案,但缺点是绿色植物人眼看起来都会变成粉紫色,用在家里没有观赏性。我们在家里要兼顾观赏,所以要选用白光的或者针对植物的全光谱灯。
二、确定方案:
我选择的方案是众多植物补光方法中的一种,并不是唯一的,各位同学根据自己的实际情况灵活运用。
首先要确定用哪种光源,我以LED白光硬灯条为例,根据花架大小、层数确定灯条功率、长度、数量。
花架大小没啥说的,根据自己家室内空间灵活选择。
这里重点说一下灯具选用功率。每种植物,都有它自己的光补偿点和光饱和点,这两个名词太学术了,简单说,苔藓一类的低等植物,生长在树林最下面,并不需要太强光照就可以生长,而沙漠里的多肉植物,需要比较强的光照才行,灯具的照度必须要达到并超过植物生长的最低光照需求,才能正常进行光合作用,低于这个照度无法生长;而植物细胞内的叶绿体数量和功能也都是相对固定的,达到光饱和点后,继续增加照度,只会浪费能量,并不会明显增加植物生长速度,甚至带来晒伤等反作用。照度指单位面积上所接受可见光的光通量,个人用户在灯具选择上可以直接对应功率,功率越大,照度越大,反之一样。
那么我们如何选择合适的功率,使照度正好在你要养殖的植物光补偿点和光饱和点之间呢?这里可以参考水族草缸里的经验,很多水族论坛或者水族相关手机APP里都提供鱼缸计算器,我们把花架的每一层假想成一个水族草缸,量出每层长宽高,填入计算器,可以直接计算出照明相关数据,例如花架单层尺寸(cm)75*35*20(长宽高),这里的高度要注意,高度是指从灯到植物的高度,要去掉花盆土高,计算得出需要灯管每层总功率在27-53瓦之间。
这里的数值是指,能养苔藓、莫斯类阴性草需要最少27瓦,水生阳性草则需要53瓦,不能低于27瓦,低于27瓦无论你延长多长光照时间,甚至24小时全开,也是不能正常生长的,因为达不到光补偿点。如果养非洲堇,个人经验要35-45瓦之间,如果选用荧光灯,功率要高一些,因为灯管光照方向是四面八方,灯管上要放反光板,光线会有一定损失;而LED光照方向只是向下,所以LED灯功率可以略小。非洲堇好歹也是双子叶植物里的高等植物,苦苣苔科植物虽然都说是喜阴植物,但需光量远比你想象的要多,用高功率可以缩短光照时间,好处是还可以同时养其他喜阳的花,而低功率灯养其他植物效果会非常差的。

最后根据灯具的总功率,选择变压器。根据灯条长度,选择外壳。根据花架大小选择线材长度。
三、实际组装
1.  材料:
a)  花架,某东,美之高MZG 迷你五层家用轻型储藏室置物架网格黑色烤漆拆装架子,尺寸(cm)75*35*150,可用4层(实际5层,但最上层只能放杂物)。也可以根据自己家里实际空间大小选择其他尺寸。这个价格略贵,也可以选择其他品牌价格便宜的,或者万能货架。

b)  灯,某宝(以下材料都来自万能的某宝),8520LED硬灯条,这种灯条最先是应用在柜台展示货物上的,亮度很高,颜色还原能力也可以,成本低廉。光谱不是针对植物开发的,有一部分能量浪费,但对于非洲堇这种对光谱要求不高,叶片不需要发色的绿色植物来说,也无所谓了。这个灯条每根是1米长,有24段,我在这个架子上共用12根0.6米的成品灯条,每层3根,每根功率12.5W,每层37.5W,整个架子所有灯的功率是150W。要对1米灯条做裁剪,14段就是0.6米长(实际尺寸小于0.6),本人出于成本的考虑,只买了7根1米长灯条,裁剪拼接以后就可以正好做出12根0.6米成品。如果各位同学对自己电烙铁使用没有信心,可以直接买12根1米长的灯条,然后裁剪,多余的0.4米可以扔掉,或者留作他用。

c)  变压器,LED灯带开关电源12V灯条驱动变压器 适配镇流器220V转12V,12V-15A-180W,实际上整个花架所有灯的总功率是150W,但是国产电源都很容易存在一个问题——虚标功率,所以,我选了大一号的180W,留出点富裕量,这个富裕量也可以以后接电脑机箱风扇,散热通风用。

d)  铝合金灯壳,12MM宽 5730 8520 LED硬灯条带U 反光型铝槽 散热灯槽 展柜台,1米为单位,可以让卖家改尺寸,这里让卖家切割成0.6米长(这个不同于灯条,0.6米是真实尺寸),不要自己切割,带两端透明堵头和透明PC罩。这个铝合金灯壳尽量使用,我见过有人直接裸用灯条,影响LED灯条寿命的主要是热量,铝合金外壳一定程度上起到散热作用,可以保证长时间工作,另外花架上难免会浇水喷药,如果裸放置灯条的话,电路沾上水会有严重后果,虽然是12V电压,对人没伤害,但是灯会短路,可能烧掉。另外PC罩有透明和奶白之分,奶白会有比较好的柔光效果,但是会影响照度,个人建议用透明。

e)  电线,LED灯带延长连接红黑线 灯带电线。用2芯的红黑线,0.32平方毫米细线的即可。注意一定要用两种颜色的线,因为LED区分正负极,不能接反。这个架子的尺寸买15米线足够用。输入端需要一根带开关的插头线。2*1平方以上的粗线,20厘米就够用。

f)  其他材料:自锁接线端子(可不用,用这个省事点,也可以直接两根线拧在一起,再用绝缘胶布缠上,就是不太美观,以后拆装略麻烦);焊锡;导热硅胶;绝缘胶布、扎带等。
2.  工具:
剪子、美工刀、剥线钳、斜口剪钳、电烙铁等。

3.  组装过程:
这个基本没什么难度,看图都能懂。

裁剪灯条到合适长度。


焊接组装灯条,到这步的时候我快崩溃了,不是电工专业出身不太会用电烙铁,很难把断开的灯条焊在一起,最后不得不飞线,难看的很如果再组灯架的话,我会直接买够12根,多余部分直接扔掉,或者直接买1米的架子,组装1米长的灯条,尽量不做裁剪拼接。
将灯条放入铝合金外壳中,端头部分用导热硅胶固定上,不让灯条在里面活动。


测试每根灯条是否能亮,有问题找出来解决,没问题进行下一步。测试灯条我用的笔记本变压器,电流有点大,不过只亮一下问题不大,只是点亮测试,不要长时间用这个变压器,不然能烧坏。

两端插入PC透明罩。


组装花架,平均分每层高度。


用扎带固定灯条。


自锁端子接线,再次强调,注意红黑线正负极,不要接反。


整理电线,用扎带固定好。


变压器上输出端要引出来两根粗点的电线,因为这段电流较大,用细线会发热,严重会烧。两根粗线正负极分别接灯,每6根灯条并联接一根粗线,相当于12根灯条都是并联接入电路的,某一个灯条坏掉的情况下,不影响其他灯工作。最后强调一遍,区分正负极!接头用绝缘胶带缠好,线材和变压器用扎带固定在架子上。


输入端用带开关带插头的线,买质量好点的,因为这里要接入220V交流电。
组装完成后插电测试,如果前面接线顺利的话,可以一次点亮。如果某根灯条不亮,沿着线排查即可,一般是接触不好造成的。
没问题的话,撕掉透明罩上的保护膜,就可以正常使用了。
最后插座位置上使用一个定时开关,这里给大家推荐一个排插,鸿雁(HONYAR)8340J 智能WIFI排插,可以在手机上操作定时开关,每个插座位都是独立控制的,假如你有4组花架,每组架子上的花都不一样,你希望每组灯架上开关灯时间也不一样的时候,这种智能排插就非常好用了,这个钱不要省,不要说我每天上班出门前开灯,下班回家关灯,总能遇到有事情的时候,谁也保证不了每天去开开关关都很准时,而且天天去操作同一间事也会烦。智能家庭养花架就智能在这里了,如果搭配自动灌溉系统(某宝有售,这里不展开谈,有兴趣的可以自行研究),完全可以脱离人工操作,你只要负责每天欣赏美丽的花花就好。
四、使用情况
经过我一年多的测试,这种方案养殖非洲堇,从叶插到分苗,从成株到开花,爆大花球都完全没问题,授粉、播种和杂交没测试,估计也没问题。LED光源、配件等设备稳定运行一年无故障,未见明显亮度减弱现象。

开灯时长:这个没有固定统一的标准答案,根据你养的花种类不同,需要的照度不同,光照时间也不同,即使同样都是非洲堇,不同品种花色也不会一样。迷你品种时间可以短一些,大型品种时间要长,我一般设置6-10小时,如果你家里能有半日照,可以缩短开灯时间。可以先测试着来,比如先设定6小时养殖一个月看,如果叶片徒长,叶柄过长并举高高,就要加时间,例如加到8小时,如果叶柄变短聚拢在叶芯里,就要减少光照时间。

同品种同花色的非洲堇,使用同种光源,在不同光照时长下,状态也是不同的,短光照时,叶片与开花颜色都浅,反之颜色深。我测试过小月石,6小时光照下,叶片翠绿,开花白色居多,少带淡紫色;10小时光照,叶片深绿,叶片背面出现紫色脉纹,花色紫色居多,甚至全紫色花。所以可以根据这点来调整自己想要的深浅花色。群里某人说这是温度影响的,个人不同意这个观点,我实际测试过的例子,草缸内种同一种水草,使用桶灯,有明显的强光弱光区域,强光区域内的水草叶片颜色深,边角弱光区域叶片颜色浅,这是强弱光影响,而将同一缸上两盏甚至三盏筒灯设置不同时间的话,效果和非洲堇是一样的,长光照叶片颜色深,短光照叶片颜色浅。因为缸内循环水流的原因,各处温度和其他条件都基本相等,可以排除温度影响。

各种生物体内都有生物钟,都需要白天活动晚上睡觉,植物也一样,使用定时器的好处就是可以调整植物光合作用和休息的时长,尽量让开关灯时间每天保持一致,和植物生物钟同步,才能利于植物生长。之前群内有花友24小时开灯,据说生长速度非常快,因为我不知道他灯的相关数据,所以我个人存疑。多肉植物和普通的C4植物不同的是有个景天酸代谢,它们对二氧化碳固定实行的是时间分离(昼夜节律),有些反应是必须在较低温度的夜间才能进行的。至于苦苣苔科植物是C4还是C3,或是其他别的,需不需要夜间休息或者暗反应,我没有找到相关参考文献,如果有知道的同学回复下,欢迎大家试验讨论。

这种灯架,我在几乎没有日照(包括散射光)的小黑屋内测试,完全可以满足非洲堇正常生长开花。对于养殖其他植物,测试了部分多肉,因为功率和开灯时长不够,仅能满足基本的生命维持,会徒长,因为北方室内没有较大的昼夜温差,叶片不发色,如果有想用这种灯养多肉的同学,劝你还是想其他方案,我仅仅是为了冬天能让多肉过活,开春重新拿到室外露养。

室内温度:因为有一部分电能转化成热能,如果室内面积较小,灯架过多的话(4组以上),带灯架的室内温度明显会比其他屋要热,平均高2-5摄氏度。冬天美滋滋,灯架下可以达到25度左右,正是非洲堇生长的合适温度,爆花不成问题,外面白雪皑皑,屋内温暖如春,满架子漂亮的花花;夏天就难过了,注意用电风扇通风散热。

耗电量:一组花架,12根LED灯条,总功率150W,以每天开灯8小时为例,每个月30天,耗电量36度,按照家庭用电非阶梯0.5元计算,每月电费18元,每年216元。

成本:花架159元;灯条14.4*7=100.8元;变压器35.62元;U型槽(带PC透明罩)4.5*12=54元;红黑线0.8*15=12元;定时器25.9元;其他耗材粗略计5元。合计390元。这个成本个人感觉还是控制的比较低的,某宝上最便宜的成品植物LED灯0.6米一根也要55元。群内某妹子说,这多电线啊电路啊她搞不定怎么办啊,我去外面请个电工来做吧。这年头人工比什么都贵,如果外面找电工花钱来做这个的话,个人感觉就失去DIY的意义了,花的钱并不比直接买成品灯要少,要的就是自己动手做的愉快过程和做完以后的成就感。所以怎么办,要么成为女汉子,要么让蓝朋友来搞,检验你蓝朋友是不是真爱的时刻到了。

安全性:有些人会担心DIY的东西不靠谱,会有触电危险,其实并不会。变压器输出电压为12V,远低于人体安全电压,输入输出端线头注意接好,不要裸露金属线头,不要短路。变压器用扎带倒扣绑在花架最下层中间,这里很少有人会主动触碰到,宠物和熊孩子另说。选购质量合格的线材,在使用中,线材没有明显发热变软现象的话,就不会有触电燃烧等危险。


结语:
本人并不是大神,只不过从水族草缸开始一路养过来,使用的灯具比一般人多一些而已,市面上的植物灯没有绝对的好与坏,都有各自的优缺点,关键看是不是适合自己了。

上面写了一大堆,并不是非常严谨的学术讨论,本人养花经验还比较少,上面写了些班门弄斧、措辞拙劣的流水账,如有不严谨不正确的地方,还请见谅,欢迎各位指正讨论。2007年开始断断续续养非洲堇,一路踏着非洲堇尸体走过来,到现在才算稍微摸清楚非洲堇的脾气,当初非常想找个灯养非洲堇的教程,无奈搜遍网络没有成系统可以参考的文章,只有零星网友拼凑的经验,无奈只好自己研究,养了草缸以后才对植物灯略通皮毛,写出这篇文章,希望给大家带来一些能参考些东西,养花路上能少走弯路。


最后:文章中所有拍摄照片和文字均为个人原创,未经允许严禁转载!

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参与人数 2经验 +5 收起 理由
北极光2015 + 1 很给力!
感悟.人生 + 4 很给力!

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最新评论

wchildh0 发表于 2018-6-17 17:42
教程详细
我亲爱的偏执狂 发表于 2018-6-17 17:42
好漂亮啊
阿加斯 发表于 2018-6-17 17:44
感谢楼主,刚好打算秋天在室内装一个非洲堇灯架,Mark一下
白露菖蒲 发表于 2018-6-17 17:45
楼主科技帝,对动手能力强的人来说这贴能学到很多。

但我宁愿直接花钱买,哈哈。
zisehai 发表于 2018-6-17 17:59
技术贴!强悍!
suifeng28 发表于 2018-6-17 18:05
种的真好,又被毒上了
兰醉茹妮 发表于 2018-6-17 18:07
崇拜
兔丫丫 发表于 2018-6-17 18:15
太复杂了
stacysong 发表于 2018-6-17 18:18
好帖,收藏了!

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