Plant growth was greatly affected by the spectral distribution and light intensity of artificial lighting sources. In this study, the spectral characteristics of high power sodium (HPS) lamps and metal halide (MH) lamps produced by three different manufacturers were measured. Even though the spectra...
Plant growth was greatly affected by the spectral distribution and light intensity of artificial lighting sources. In this study, the spectral characteristics of high power sodium (HPS) lamps and metal halide (MH) lamps produced by three different manufacturers were measured. Even though the spectral distribution of HPS lamps with lamp wattage of 250 W and 400 W was very similar, but the spectral light intensity by the manufacturers was different. Difference in the spectral light intensity of MH lamps by the manufacturers was increased with the increasing lamps wattage. Light intensity at the region of blue (B), green (G), red (R) and far-red (FR) light of HPS and MH lamps was also analyzed. HPS lamps showed the light intensity in order of R, FR, B and G light. The ratio of G, B, R and FR to photosynthetic photon flux (PPF) of HPS lamps with the lamp wattage of 250 W was 3.0-3.2%, 5.5-5.9%, 17.3-19.2% and 6.5-7.8%, respectively. For MH lamps, it showed the light intensity in order of R, FR, B, and G. The ratio of B, G, R, and FR to PPF of MH lamps with 250 W was 14.0-15.5%, 22.6-27.5%, 7.5-9.5% and 2.7-4.2%, respectively. HPS and MH lamps with 400 W had a relatively smaller ratio of R and FR to PPF than those with 250 W. HPS lamps showed that the ratio of light intensity of B and FR to R was 0.15-0.28 and 0.36-0.4, respectively. For MH lamps, the ratio of light intensity of B and FR to R was 1.26-2.72 and 0.27-0.56, respectively. From these results, it was concluded that the portion of blue light of MH lamps was higher than those of HPS lamps.
Plant growth was greatly affected by the spectral distribution and light intensity of artificial lighting sources. In this study, the spectral characteristics of high power sodium (HPS) lamps and metal halide (MH) lamps produced by three different manufacturers were measured. Even though the spectral distribution of HPS lamps with lamp wattage of 250 W and 400 W was very similar, but the spectral light intensity by the manufacturers was different. Difference in the spectral light intensity of MH lamps by the manufacturers was increased with the increasing lamps wattage. Light intensity at the region of blue (B), green (G), red (R) and far-red (FR) light of HPS and MH lamps was also analyzed. HPS lamps showed the light intensity in order of R, FR, B and G light. The ratio of G, B, R and FR to photosynthetic photon flux (PPF) of HPS lamps with the lamp wattage of 250 W was 3.0-3.2%, 5.5-5.9%, 17.3-19.2% and 6.5-7.8%, respectively. For MH lamps, it showed the light intensity in order of R, FR, B, and G. The ratio of B, G, R, and FR to PPF of MH lamps with 250 W was 14.0-15.5%, 22.6-27.5%, 7.5-9.5% and 2.7-4.2%, respectively. HPS and MH lamps with 400 W had a relatively smaller ratio of R and FR to PPF than those with 250 W. HPS lamps showed that the ratio of light intensity of B and FR to R was 0.15-0.28 and 0.36-0.4, respectively. For MH lamps, the ratio of light intensity of B and FR to R was 1.26-2.72 and 0.27-0.56, respectively. From these results, it was concluded that the portion of blue light of MH lamps was higher than those of HPS lamps.
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문제 정의
, 2000)이 일부 보고된 바 있으나, 인공광원의 광량 또는 광속 비율에 대한 기술적 자료는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구는 국내에 보급되어 있는 방전램프 가운데 고압나트륨램프와 메탈할라이드램프를 대상으로 식물생장과 관련된 분광 특성과 광강도 비율을 분석하고자 수행되었다.
가설 설정
2) Luminous efficacy is defined as the ratio of luminous flux to lamp wattage.
제안 방법
즉 청색광(중심파장 450 nm), 녹색광(중심파장 525 nm), 적색광(중심파장 660 nm) 및 원적색광(중심파장 730 nm) 영역을 기준으로 각각 ±10, ±20, ±30 nm 범위에서의 광강도를 구하였다. 또한 고압나트륨램프와 메탈할라이드램프의 적색광 영역에서의 광강도에 대한 청색광 및 원적색광 영역에서의 광강도가 차지하는 비율을 결정하였다.
본 연구에서는 고압나트륨램프(250 W, 400 W)와 메탈할라이드램프(250 W, 400 W)의 제조회사에 따른 분광 특성을 측정하였고, 측정된 분광특성 자료에 기초하여 고압나트륨램프와 메탈할라이드램프의 파장별 광강도를 분석하였다. 또한 청색광, 녹색광, 적색광 및 원적색광 영역에서의 광강도와 적색광 영역에 대해서 청색광과 원적색광이 차지하는 비율을 분석하였다.
식물 생장은 인공광원의 분광 특성, 광강도 및 광속 비율에 따라 다르게 나타난다. 본 연구에서는 고압나트륨램프(250 W, 400 W)와 메탈할라이드램프(250 W, 400 W)의 제조회사에 따른 분광 특성을 측정하였고, 측정된 분광특성 자료에 기초하여 고압나트륨램프와 메탈할라이드램프의 파장별 광강도를 분석하였다. 또한 청색광, 녹색광, 적색광 및 원적색광 영역에서의 광강도와 적색광 영역에 대해서 청색광과 원적색광이 차지하는 비율을 분석하였다.
실험용 방전 램프의 분광 특성을 측정하고자 분광복사계(LI-1800, LI-COR), 노트북 및 계측용 소프트웨어로 측정 시스템을 구성하였다. 분광복사계로부터 수직방향으로 1.3 m 떨어진 지점에 광원과 안정기를 설치하고 분광 특성을 측정하였다. 이 때 광원으로부터 최대 광양을 얻고자 점등 후 15분에 측정하였으며, 외부로부터의 간섭을 차단하기 위해서 암조건에서 측정하였다.
식물생장용 광원으로서 널리 쓰이고 있는 고압방전램프 가운데 고압나트륨램프와 메탈할라이드램프의 분광 특성 및 광강도 비율을 분석하고자 2종류(250 W, 400 W)의 소비전력과 3개의 제조회사에 따라 램프를 선정하였다(Table 1, 2).
실험용 방전 램프의 분광 특성을 측정하고자 분광복사계(LI-1800, LI-COR), 노트북 및 계측용 소프트웨어로 측정 시스템을 구성하였다. 분광복사계로부터 수직방향으로 1.
3 m 떨어진 지점에 광원과 안정기를 설치하고 분광 특성을 측정하였다. 이 때 광원으로부터 최대 광양을 얻고자 점등 후 15분에 측정하였으며, 외부로부터의 간섭을 차단하기 위해서 암조건에서 측정하였다.
즉 청색광(중심파장 450 nm), 녹색광(중심파장 525 nm), 적색광(중심파장 660 nm) 및 원적색광(중심파장 730 nm) 영역을 기준으로 각각 ±10, ±20, ±30 nm 범위에서의 광강도를 구하였다.
대상 데이터
조명용 메탈할라이드램프에는 Nal-TlI-InI3, ScI3-Nal, DyI3-TlI, SnI2-SnBr2 등과 같은 금속 할로겐 화합물이 사용된다(The Illuminating Engineering Institute of Japan, 1987). 메탈할라이드램프의 분광 특성이 590 nm, 546 nm 등에서 강한 스펙트럼을 나타낸 바, 본 연구에서 사용된 메탈할라이드램프는 Nal-TlI-InI3의 금속 할로겐 화합물로 이루어진 램프로 판단된다.
성능/효과
(1) 250 W와 400 W 고압나트륨램프의 분광 특성은 비슷하였으나, 파장별 광강도는 제조회사에 따라 차이가 나타났다. 고압나트륨램프의 광강도는 820 nm, 598 nm, 582 nm, 570 nm의 순서로 나타났다.
(2) 250 W와 400 W 메탈할라이드램프는 590 nm, 820 nm, 546 nm, 570 nm, 508 nm, 1,016 nm 부근에서 광강도의 극대값이 나타났다. 400 W 메탈할라이드램프의 광강도 차이는 590 nm에서 40.
(3) 250 W와 400 W 고압나트륨램프의 광강도는 적색광> 원적색광> 청색광> 녹색광의 순서로 나타났다.
(4) 250 W와 400 W 메탈할라이드램프의 광강도는 녹색광> 청색광 > 적색광> 원적색광의 순서로 나타났다.
(5) 250 W와 400 W 고압나트륨램프에서 적색광에 대한 청색광 또는 원적색광이 차지하는 비율 즉, B/R과 FR/R은 각각 0.15～0.28, 0.36～0.41로 나타났다. 한편, 250 W와 400 W 메탈할라이드램프에서 B/R과 FR/R은 각각 1.
250 W와 400 W 고압나트륨램프에서 적색광에 대한 청색광 또는 원적색광이 차지하는 비율 즉, B/R과 FR/R은 각각 0.15～0.28, 0.36～0.41로 나타났다. 한편, 250 W와 400 W 메탈할라이드램프에서 B/R과 FR/R은 각각 1.
400 W 고압나트륨램프의 광강도는 250 W 고압나트륨램프의 경우와 동일하게 820 nm에서 최대값이 나타났으며, 다음으로 596 nm, 584 nm, 570 nm 부근에서 각각 제2, 제3 및 제4의 극대값이 나타났다(Fig. 2). 최대 광강도는 C사와 A사의 경우 각각 10.
(2) 250 W와 400 W 메탈할라이드램프는 590 nm, 820 nm, 546 nm, 570 nm, 508 nm, 1,016 nm 부근에서 광강도의 극대값이 나타났다. 400 W 메탈할라이드램프의 광강도 차이는 590 nm에서 40.7%, 820 nm에서 60.1%로서 메탈할라이드램프의 소비전력이 클수록 제조회사에 따른 광강도의 차이가 크게 나타났다.
400 W 메탈할라이드램프의 분광 특성은 250 W 메탈할라이드램프와 유사하게 590 nm, 546 nm, 820 nm, 570 nm, 508 nm, 1,016 nm 부근에서 극대값이 나타났다(Fig. 4). 메탈할라이드램프는 고압수은램프에 금속 할로겐 화합물을 첨가한 것으로서, 용도에 따라 적합한 분광에너지를 나타낸다.
고압나트륨램프와 다르게 250 W와 400 W 메탈할라이드램프의 광강도는 녹색광> 청색광 > 적색광> 원적색광의 순서로 나타났다(Table 4).
1%에 이르렀다. 고압나트륨램프와 마찬가지로 메탈할라이드램프의 소비전력이 클수록 제조회사에 따른 광강도의 차이가 크게 나타났다. 또한 메탈할라이드램프의 광강도는 고압나트륨램프에 비해서 제조회사에 따른 차이가 더욱 크게 나타났다.
8 W‧m-2로 나타났다. 그러므로 400～700 nm의 광합성유효복사(photosynthetically active radiation)에 대한 청색광, 녹색광, 적색광 및 원적색광 영역에서의 광강도 비율은 각각 3.0～3.2%, 5.5～5.9%, 17.3～19.2%, 6.5～7.8%로 나타났다. 한편 400 W 고압나트륨램프에서 광합성유효복사에 대한 청색광, 녹색광, 적색광 및 원적색광 영역에서의 광강도 비율은 각각 3.
1 W‧m-2로 나타났다. 그러므로 광합성유효복사에 대한 청색광, 녹색광, 적색광 및 원적색광 영역에서의 광강도 비율은 각각 14.0～15.5%, 22.6～27.5%, 7.5～9.5%, 2.7～4.2%로 나타났다. 한편 400 W 메탈할라이드램프에서 광합성유효복사에 대한 청색광, 녹색광, 적색광 및 원적색광 영역에서의 광강도 비율은 각각 12.
5% 이었다. 따라서 고압나트륨램프의 경우 소비전력이 클수록 제조회사에 따른 광강도의 차이가 크게 나타났다.
8%로 나타났다. 따라서 고압나트륨램프의 경우와 마찬가지로 250 W 메탈할라이드램프에 비해서 적색광과 원적색광의 비율이 상대적으로 작게 나타남을 알 수 있었다.
8%로 나타났다. 따라서 고압나트륨램프의 경우와 마찬가지로 250 W 메탈할라이드램프에 비해서 적색광과 원적색광의 비율이 상대적으로 작게 나타났다.
본 연구 결과에서 고압나트륨램프에는 적색광과 원적색광이 많이 포함되어 있고, 메탈할라이드램프에는 녹색광과 청색광이 많이 포함된 것으로 나타났다. 660 nm 영역의 적색광과 450 nm 영역의 청색광은 엽록소 a 또는 엽록소 b의 흡수 스펙트럼과 일치한다.
56로 나타났다. 상기 결과로부터 청색광 영역이 차지하는 비율은 고압나트륨램프에 비해서 메탈할라이드램프에서 매우 높게 나타남을 알 수 있다. 한편 적색광 영역에 대해 원적색광 영역이 차지하는 비율은 고압나트륨램프와 메탈할라이드램프에서 비슷하게 나타났다(Table 5, 6).
소비전력이 각각 250 W와 400 W인 고압나트륨램프의 분광 특성은 비슷하였으나, 광강도(spectral light intensity)는 제조회사에 따라 차이가 나타났다. 250 W 고압나트륨램프의 광강도는 820 nm에서 최대값이 나타났으며, 다음으로 598 nm, 582 nm, 570 nm 부근에서 각각 제2, 제3 및 제4의 극대값이 나타났다(Fig.
청색광 또는 적색광은 식물의 건물중, 초장, 엽면적 등의 생장지표 뿐만 아니라 당도, 엽내의 탄수화물 및 단백질함량에 영향을 미칠 수 있다. 적색광이 많이 포함된 조건에서 지상부건물중과 초장은 약 2배 높게 나타났으며, 엽면적은 46% 정도 증가하였다. 한편 적색광이 많이 포함된 조건에서 식물의 탄수화물 함량은 증가하였으나, 반대로 단백질함량은 감소하였다(Warrington and Mitchell, 1976).
8%로 나타났다. 한편 400 W 고압나트륨램프에서 광합성유효복사에 대한 청색광, 녹색광, 적색광 및 원적색광 영역에서의 광강도 비율은 각각 3.3%, 5.3～6.0%, 13.1～16.1%, 4.9～6.4%로서, 250 W 고압나트륨램프와 비교할 때 적색광과 원적색광의 비율이 상대적으로 작게 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
보광재배용 조명시스템을 설계하는 실상은 어떠한가?
그런데 보광재배용 조명시스템을 설계할 때 관련 자료에 기초하여 램프의 종류, 소비전력 및 램프의 수가 결정되지 않고, 경험에 의존하여 인공광원이 설치되고 있는 실정이다. 이것은 식물생장용 조명시스템의 설계에 필요한 관련 자료가 축적되지 않은 결과로 판단된다.
고압나트륨램프와 메탈할라이드램프의 파장별 광강도를 분석한 결과 알 수 있는 사실은 무엇인가?
(1) 250 W와 400 W 고압나트륨램프의 분광 특성은 비슷하였으나, 파장별 광강도는 제조회사에 따라 차이가 나타났다. 고압나트륨램프의 광강도는 820 nm, 598 nm, 582 nm, 570 nm의 순서로 나타났다.
(2) 250 W와 400 W 메탈할라이드램프는 590 nm, 820 nm, 546 nm, 570 nm, 508 nm, 1,016 nm 부근에서 광강도의 극대값이 나타났다. 400 W 메탈할라이드램프의 광강도 차이는 590 nm에서 40.7%, 820 nm에서 60.1%로서 메탈할라이드램프의 소비전력이 클수록 제조회사에 따른 광강도의 차이가 크게 나타났다.
방전램프를 사용하는 이유는 무엇인가?
, 1991; Lin and Jolliffe, 1996). 이러한 방전램프는 일사량이 부족한 시기에 작물의 생장에 필요한 자연광을 보충하고자 사용된다. 그런데 고압나트륨램프와 메탈할라이드램프와 같은 방전램프는 전력소모가 크고, 발열이 많으므로 최근에는 형광등과 같은 방전램프가 근접조명용 광원으로 주로 사용되고 있다(Kim and Lee, 1998; Ohyama et al.
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