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1、水产养殖人工LED光照设计方案的探讨水产养殖人工LED光照设计方案的探讨 一、了解水生物的野生环境 二、重视水生物视觉生理结构 三、水生物吸收光差异 四、防止设计光照极端化 五、常见的自然光谱与人工光谱 六、光环境的智能调控 七、光强单位的换算 八、光强与成本的核算 九、设计前需要模拟光强 十、灯具的选型 一、了解水生物的野生环境 二、重视水生物视觉生理结构 三、水生物吸收光差异 四、防止设计光照极端化 五、常见的自然光谱与人工光谱 六、光环境的智能调控 七、光强单位的换算 八、光强与成本的核算 九、设计前需要模拟光强 十、灯具的选型 报告内容报告内容 年份年份总面积总面积海水面积海水面积淡水
2、面积淡水面积 200829079741930 2009330112362065 2010385512612594 2011359714902107 2012450419242580 2013497421722802 2014613325653268 （单位：万m3） 2008-2014全国水产工厂化养殖面积全国水产工厂化养殖面积 数据来源：数据来源：2009-20152009-2015全国渔业统计年鉴全国渔业统计年鉴 全国水产工厂化养殖面积增长图全国水产工厂化养殖面积增长图 数据来源：数据来源：2009-20152009-2015全国渔业统计年鉴全国渔业统计年鉴 总面积总面积 海水面积海水面积
3、 淡水面积淡水面积 2013年陆基工厂化养殖总产量约为年陆基工厂化养殖总产量约为38.55万吨，占我国水产养殖总产量的万吨，占我国水产养殖总产量的 0.85%。 据据2015年全国渔业统计年鉴：年全国渔业统计年鉴：2014年全国陆基工厂化水产养殖规模达到年全国陆基工厂化水产养殖规模达到 5833万万m比比2008年年2904m3增加增加100.86%，6年年均增长年年均增长16.8%， 工厂化水产养殖发展潜力巨大。同时光照需求相应增大。工厂化水产养殖发展潜力巨大。同时光照需求相应增大。 水产养殖光照的市场前景水产养殖光照的市场前景 光是辐射能的一部分，即具有刺激视觉器官特性的辐射能。光是辐射能
4、的一部分，即具有刺激视觉器官特性的辐射能。 物理学的观点：光是电磁波谱的一部分，具有波粒二重性。物理学的观点：光是电磁波谱的一部分，具有波粒二重性。 物体发射或反射波长的辐射能，作用人的眼睛，可看见该物体。物体发射或反射波长的辐射能，作用人的眼睛，可看见该物体。 在在1666年，牛顿使一束自然光线通过棱镜，发现光束包含组年，牛顿使一束自然光线通过棱镜，发现光束包含组 成彩虹的全部颜色。成彩虹的全部颜色。 自然白光的颜色是连续光谱混合而成的。自然白光的颜色是连续光谱混合而成的。 从无线电波到光波，从从无线电波到光波，从X射线到射线到 射线，都属于电磁波的范畴，射线，都属于电磁波的范畴， 只是波长
5、不同而已。人眼、鱼眼感觉到光谱辐射能的波长分别在只是波长不同而已。人眼、鱼眼感觉到光谱辐射能的波长分别在 380780nm、430-620nm之间，之间， 仅是辐射能中很小的一部分。仅是辐射能中很小的一部分。波波 长从长从380nm向向780nm增加时，增加时，人眼的主观感觉依波长从长到短表人眼的主观感觉依波长从长到短表现 为为红红色、色、橙橙色、色、黄黄色、色、绿绿色、色、青青色、色、蓝蓝色和色和紫紫色顺序逐渐变化。色顺序逐渐变化。 光的本质光的本质 1014 1012 1010 108 106 104 102 1 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 /m 声频电磁振荡 无线
6、电波 毫米波 红外光 紫外光 X射线 射线 宇宙射线 /nm 1106 4104 6103 1.5106 770 622 597 577 492 455 390 300 200 10 极远 远 中 近 红 橙 黄 绿 蓝 紫 近 远 极远 可 见 光 提高亲鱼孵化率提高亲鱼孵化率 人工光人工光 照目的照目的 福利化养殖与营养生产福利化养殖与营养生产 消除应激反应消除应激反应 光照的作用与目的光照的作用与目的 抑制性腺发育抑制性腺发育 工厂化水产养殖需要光设计工厂化水产养殖需要光设计 光环境设计前的准备：熟悉厂房基建结构、养殖品种，建筑光环境设计前的准备：熟悉厂房基建结构、养殖品种，建筑 照明设
7、计图纸，现场勘查，与养殖企业交流。照明设计图纸，现场勘查，与养殖企业交流。 蓝色粮仓建筑设计外观效果图蓝色粮仓建筑设计外观效果图 光周期 光强 光色 光照 生长、育苗、性腺发育 确定光照三要素确定光照三要素 水生动物在索饵、繁衍、捕猎和水生动物在索饵、繁衍、捕猎和 躲避猎杀及群聚，每一种行为都离躲避猎杀及群聚，每一种行为都离 不开光。不开光。它们演化成视觉神经生理它们演化成视觉神经生理 结构，通过视网膜与松果体的光感结构，通过视网膜与松果体的光感 受器接收光息，以同步最佳利用栖受器接收光息，以同步最佳利用栖 息地的光环境，所以设计光环境前息地的光环境，所以设计光环境前 要从水产品种的野生环境入
8、手品。要从水产品种的野生环境入手品。 一、了解水生物的野生环境一、了解水生物的野生环境 鱼视觉生理结构鱼视觉生理结构 光照通过鱼视觉器官、脑中枢神经系统，影响内光照通过鱼视觉器官、脑中枢神经系统，影响内 分泌脑垂体活动，进而影响鱼行为与代谢生长系分泌脑垂体活动，进而影响鱼行为与代谢生长系 统。统。鱼类有发达的眼睛，构造和高等脊椎动物的鱼类有发达的眼睛，构造和高等脊椎动物的 眼睛相似，适应水中生活有自身的特点。鱼类眼眼睛相似，适应水中生活有自身的特点。鱼类眼 球内层视网膜由感光视锥细胞和视杆细胞组成。球内层视网膜由感光视锥细胞和视杆细胞组成。 视锥细胞接纳光波长短，司色视锥细胞接纳光波长短，司色
9、 觉，有辨色与精细分辨能力，觉，有辨色与精细分辨能力， 但必须在亮光视觉条件下才能但必须在亮光视觉条件下才能 起作用。起作用。 大多数硬骨鱼类和七思鳗可辨色。大多数硬骨鱼类和七思鳗可辨色。 数据摘自林浩然数据摘自林浩然鱼类生理学鱼类生理学20112011版版 视杆细胞接纳光线强弱，司光视杆细胞接纳光线强弱，司光 觉，光敏感性高，无辨色和精觉，光敏感性高，无辨色和精 细分辨能力。细分辨能力。 大多数板腮类、深海鱼类和夜大多数板腮类、深海鱼类和夜 行性鱼类无辨色能力。行性鱼类无辨色能力。 鱼类贝类或软体水 生动物 光照强度光照强度1-1-千级千级Lx Lx 百级居多。百级居多。 少数星鲨板腮鱼类等
10、与大多数硬骨少数星鲨板腮鱼类等与大多数硬骨 鱼类一样鱼类一样有有视锥细胞视杆细胞。视锥细胞视杆细胞。 有发达的眼睛，眼结构与高等脊椎有发达的眼睛，眼结构与高等脊椎 动物基本相似。动物基本相似。 1-1-百级百级LxLx，十级居多。，十级居多。 视力很弱，甚至无眼，视力很弱，甚至无眼， 只靠皮肤感光。怕惊动。只靠皮肤感光。怕惊动。 眼睛构造简单，通常无柄眼睛构造简单，通常无柄 无头眼，多板纲一部分只有微眼。无头眼，多板纲一部分只有微眼。 水生物吸收光差异水生物吸收光差异 1 1、除在洞穴、深海的物种，水生动物几乎全靠光存活。、除在洞穴、深海的物种，水生动物几乎全靠光存活。 车间光照全黑暗与全天高
11、强度的光照都不可取。车间光照全黑暗与全天高强度的光照都不可取。 2 2、完全某一种光色也不可取。、完全某一种光色也不可取。 3 3、比如太平洋蓝鳍金枪鱼为大洋海岸性、比如太平洋蓝鳍金枪鱼为大洋海岸性 洄游性鱼类，一般生活在洄游性鱼类，一般生活在0-1000-100米的米的 海水中蓝鳍金枪幼鱼在小于海水中蓝鳍金枪幼鱼在小于15Lx15Lx光照光照 下，明显出现焦虑的行为反应，生存下，明显出现焦虑的行为反应，生存 率降低。全天黑暗欧洲鲈鱼的孵化率很低，率降低。全天黑暗欧洲鲈鱼的孵化率很低， 不到不到30%30%。欧洲幼鲈鱼。欧洲幼鲈鱼2424小时光照出现畸形。小时光照出现畸形。 4 4、设计极端的
12、光环境要谨慎，并有理论与实验依据。、设计极端的光环境要谨慎，并有理论与实验依据。 防止设计光照极端化防止设计光照极端化 设计不要极端化设计不要极端化 右图近海岸浅海，水色变化是：右图近海岸浅海，水色变化是： 海洋水深海洋水深 （m m） 0-500-5050-10050-100100-150100-150150-200150-200 颜色变化颜色变化白白- -淡蓝淡蓝淡蓝淡蓝- -蓝蓝蓝蓝- -深蓝深蓝深蓝深蓝- -暗蓝暗蓝 左图深海水色变化大致是：左图深海水色变化大致是： 海洋水深海洋水深 （m m） 0-0-1 10 01 10-0-2 20 02 20-0-3 30 03 30-0-50
13、50 颜色变化颜色变化白白- -淡绿淡绿绿绿深绿深绿蓝绿蓝绿 Image courtesy of Kyle Carothers, National Oceanic and Atmospheric Administration（ NOAA-OE） 水中光色变化规律水中光色变化规律 设计不要极端化设计不要极端化 570-620nm长波长光谱的合理趋向性图长波长光谱的合理趋向性图 430-560nm 短波长光谱的合理趋向性图短波长光谱的合理趋向性图 水产车间设计光环境必须考虑人眼视觉舒适性水产车间设计光环境必须考虑人眼视觉舒适性 太阳光谱分布图太阳光谱分布图 白光白光LED光谱与光谱与5500K太阳
14、光谱对比图太阳光谱对比图 游奎、刘鹰等（游奎、刘鹰等（20052005）的实验证明金卤灯照）的实验证明金卤灯照 明凡纳滨对虾的特定生长率比日光灯照明时明凡纳滨对虾的特定生长率比日光灯照明时 要高要高55.89 %55.89 %，并改善其体色，他们认为主，并改善其体色，他们认为主 要原因是灯具接近要原因是灯具接近太阳光谱太阳光谱所致。所致。 1 1、LEDLED发出的白光大部分以发出的白光大部分以InGaNInGaN蓝色芯片蓝色芯片 激发稀土黄色荧光粉的混色制成。激发稀土黄色荧光粉的混色制成。 2 2、由于此种混色方案中，蓝光光谱为主峰，、由于此种混色方案中，蓝光光谱为主峰， 而红光光谱的偏少，
15、使得此类白光而红光光谱的偏少，使得此类白光LEDLED色温色温 只能是只能是5000K5000K以上的高色温低显色性的光源。以上的高色温低显色性的光源。 3 3、如果增加氮化物荧光粉成分，可以降低、如果增加氮化物荧光粉成分，可以降低 色温，提高显色指数，但光视效率降低。色温，提高显色指数，但光视效率降低。 常见的自然光谱与人工光谱常见的自然光谱与人工光谱 中科院半导体所连续多光谱光源分布图中科院半导体所连续多光谱光源分布图 中科院半导体所全光谱与太阳光谱拟合图中科院半导体所全光谱与太阳光谱拟合图 人工连续多芯片光谱人工连续多芯片光谱 显色性显色性: : 与参考标准光源相比较时，光源显现物体颜色
16、与参考标准光源相比较时，光源显现物体颜色 的特性。的特性。 显色指数显色指数: : 在具有合理允差的色适应状态下，被测光源在具有合理允差的色适应状态下，被测光源 照明物体的心理物理色与参比光源照明同一色样的心理照明物体的心理物理色与参比光源照明同一色样的心理 物理色符合程度的度量。物理色符合程度的度量。 符号为符号为RaRa， 优显色性优显色性Ra: 91-100Ra: 91-100 良好显色性良好显色性 Ra: 81-90 Ra: 81-90 中等显色性中等显色性 Ra: 51-80 Ra: 51-80 差显色性差显色性 Ra: 21-50 Ra: 21-50 人工光的显色性人工光的显色性 当某一种光源当某一种光源( (热辐射光源热辐射光源) )的色品与某一温度下的的色品与某一温度下的 完全辐射体完全辐射体( (黑体黑体) )的色品完全相同时，完全辐射体的色品完全相同时，完全辐射体 ( (黑体黑体) )的温度简称色温。符号为的温度简称色温。符号为Tc, Tc, 单位为单位为K K。 高（冷）色温、中色温、低色温的区间值分别是：高（冷）色温、中色温、低色温的区间值分别是： 高（冷）色温
