植物生长用LED光照的标准进展和标准体系框架

       LED（LightingEmittingDiode）照明即是发光二极管照明，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿色的光，在此基础上，利用三基色原理，添加荧光粉，可以发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色等任意颜色的光。

       白炽灯、荧光灯、高压钠灯、高压汞灯等传统光源，应用于农业和生物领域，存在低生物光效、高能耗和高运行成本的不足，以人工光植物工厂为例，光源能耗费用约占系统运行成本的40%～60%。相对于传统照明，LED光源能形成与植物光合作用及其形态建成基本吻合的光谱吸收峰值，具有效率高、耗能小、无汞污染、精准波长、系统智能可控等优点，系统节能达50%以上，在温室补光、植物组培、植物工厂以及遗传育种等众多领域具有广阔的应用前景。

       本文梳理了植物生长用LED光照的标准进展， 并探讨植物生长用LED照明标准体系框架。国家半导体照明工程研发及产业联盟（CSA）自2012年起开始植物生长用LED光照标准化工作，2013年发布第1项团体标准T/CSA021-2013《植物生长用LED平板灯性能要求》;之后，推动制定国家标准GB/T32655《植物生长用LED 光照术语和定义》、团体标准T/CSA 032-2016《植物光照用LED灯具通用技术规范》等。

团体标准T/CSA 021-2013《植物生长用LED平板灯性能要求》

       植物生长用LED照明产品形式众多，如平板灯、双端灯、柔性灯带等，并将随着技术的发展而逐步变化。在2013年前后，LED平板灯主要应用在组培育苗。该标准规定了植物生长用LED平板灯的术语和定义、分类与命名、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。标准内容上显示出植物生长用LED光源的基本衡量指标，与生活照明用光的参数差异较大。

       该标准定义了植物生长用LED平板灯的主辐射波长，是指辐射波长范围为600～700nm的红- 橙辐射波段和400～500nm的蓝- 紫辐射波段，以此为基础定义蓝- 紫辐射照度、红- 橙辐射照度，进而定义了红蓝辐射照度比;该标准基于物理量定义了总辐射通量（单位：W）、总辐射照度（ 单位：W/m2）， 以支撑植物生长LED光照领域的生产、检测、验收等工作。标准定义了光合光子通量密度［ 单位：μmol/（m2·s）］， 指是植物进行光合作用时单位时间内单位面积上接收到的灯发射的一定波长范围内的光子数目，但因为植物进行光合作用接收到的光子数目不好计量，其技术要求并未体现在该标准中。

       该标准提出了植物生长用LED平板灯应该符合的GB7000基本安全要求， 控制装置符合GB19510.14、GB/T 24825要求，电磁兼容性能要求;在电气特性方面，规定了功率、功率因数要求;在辐射性能方面，规定了初始辐射通量/辐射效率、辐射强度分布、辐射照度和红蓝辐射照度比、辐射照度的均匀性;在辐射光谱特性、寿命特性等方面也作出了要求。

团体标准T/CSA 032-2016《植物光照用LED灯具通用技术规范》

        该项标准重点关注LED灯具产品通用的技术性能及其评价指标。由于应用于植物光照产业的灯具产品种类繁多，规格型号各有不同，性能质量良莠不齐，亟需建立相对统一的性能指标的判别和评价标准。由于这一产业属于新兴产业，尽早推出相关标准，便于引导产业技术发展及产品定位，但因为有些技术性能的评价不够成熟，有些参数（如光子通量效能、光源的光谱分布与植物光谱的吻合程度分等）的要求有待进一步完善。

        该标准根据应用环境的要求，补充了根据植物光合循环模式分类的C3植物、C4植物、CAM植物等术语。按照灯具用途、植物光合作用方式、控制方式对植物光照用LED灯具进行了分类。对植物生长用LED灯具的安全性能、结构外观、电学性能（功率、功率因数）、光学性能、可靠性、电磁兼容性等进行了规范，对灯具的光子通量效能进行了分级，针对技术要求给出了检测方法。

        在结构外观要求中，对灯具表面的防腐（达到WF2）、抗紫外线老化等提出了要求;在光学性能要求中，规定了光子通量、光子通量效能［ 实测值不应低于0.7μmol/（s·W）］、光谱分布、配光曲线等参数要求;可靠性部分主要针对光子通量维持率、环境适应性做了要求;在灯具的能效分级中，首先对应高压钠灯［1.9μmol/（s·W）］和荧光灯［1.3μmol/（s·W）］ 的光子通量效能关键点， 将LED 光源的光子通量效能分为三类： 一类［ηP ≥ 1.9μmol/（s·W）］、二类［1.3μmol/（s·W） ≤ηP《1.9μmol/（s·W）］ 和三类［（0.7μmol/（s·W） ≤ηP《1.3μmol/（s·W）］。其次，按照光源光谱分布的吻合程度将光源按不同纬度可以分成3个类别或3个等级，能效等级的划分同时考虑光源的光子通量效能和光谱分布的吻合程度2个因素，综合上述2个因素，将能效分为3等3类共9级。

国家标准GB/T 32655-2016《植物生长用LED光照术语和定义》

        该项标准定义的术语内容大体上分2个部分：一部分是有关植物生长方面的内容，主要来自我国生产、教学和科研中正在使用的术语， 这部分内容是国内外首次制定; 另一部分是有关LED产品和检测涉及术语的内容，引用IEC 60050和GB/T 24826-2016（IDT IEC62504）标准中的部分术语，以保证标准系统的协调。标准中易混淆的术语解释对比如下：

辐射度量

（电磁）辐射能相关术语

        为了描述辐射源的性能，引入了辐射能及相关术语。辐射能定义是以电磁波形式的发射或传播的能量Φe（单位：J）（图1）。

      上述术语都是为描写辐射源性质而引入的，为了描写辐射能的时间特性就要增加“通量”定义，辐射通量即单位时间内的辐射能量;为了描写辐射通量的方向特性就要增加“强度”定义，强度是点辐射源的、有方向的、单位立体角的辐射通量;辐射出射度即单位面积发出的辐射通量;辐射亮度即单位立体角单位面积的辐射通量。

      唯独照度描述的是被照物接收到的辐射，辐射照度即为单位面积接收的辐射通量，对植物光照而言，这是一个很重要的物理量，也称为通量密度，其意义不亚于光照度对人眼的重要性。

光子量

      光子量相关的物理量有很多，根据量子力学，光子具有波粒两象性，光子的能量E为

h为普朗克常数，ν为电磁波频率。因此只要将上述辐射度量改为光子量，所有关系式都成立。

      光子量多用于研究，辐射量多用于工农业生产。相互可以换算，各有有利之处。

光谱量

       光谱分布（ 辐射量、光度量或光子量X（λ）的）/ 光质/ 光谱密集度定义为：在波长λ 处，包含λ 的波长间隔dλ 内的辐射量或光度量或光子量dX（λ） 与该波长间隔之商：

单位：［X］/m， 例如W/m，lm/m 等。光谱响应函数dR（λ） 意义相仿。从植物光合有关的辐射量可以扩展一系列的术语。