水草情迷

草缸照明計算-BACKGROUND:

我們用的"1L 水 = 1 W"計算方法，十分方便。但沒有加上水深，缸大小等因素，是比較GENERAL的指標。

我作了一個基本的Literature review，"1L 水 = 1 W"是由國外newgroup的一連串討論的結果。以Build service engineering的燈光計算作方法，最後得出來的指引。

但因燈光技術的進步，必須要更新了。這topic會是很長及not funny的 但可能對新手有用。我只能重組及說明其方法，希望會IT的朋友寫作網頁供大家使用。

由於內容比較長，我會每天寫一些，最後來一個總結!!

草缸照明計算-參考資料:
我會在此列出參考過的資料
http://www.thekrib.com/Plants/Tech/lighting.html

http://www.lightsearch.com/resources/lightguides/formulas.html

http://www2.aqugrass.com./phpBB2/viewtopic.php?t=24759&sid=975f456f5308d9d445803a9eeb4bf1d4

http://www2.aqugrass.com./phpBB2/viewtopic.php?t=7995&sid=975f456f5308d9d445803a9eeb4bf1d4

http://illuminations.nctm.org/imath/912/Light/student/ 十分有趣的網站，介紹有關學生如何由假設，take data,計算及寫報告，十分合教育同工作參考。

http://www.serc.si.edu/water_quality/water_quality_html/hydrops.htm 解釋有關水的吸收及散射的成因。

http://www.seafriends.org.nz/phgraph/water.htm介紹海洋攝影的網站，其中有介紹光及海水狀態的關係。喜歡海洋攝影必看。

http://galileo.phys.virginia.edu/education/outreach/8thgradesol/InternalReflection.htm解釋有關內全反射的實驗。只用laser pointer，可以看看。

草缸照明計算-基本因素

為什麼要作照明計算，就好像工程人員設計室內照明，不同的功能，照明也不同。(例如閱讀室，工作間要高照度，飯廳及音響室就不必了)

同理，陽性缸，陰性缸不同的照度要求。不可能永遠"1W =1L水”計算。

　　例如(我有種以下的草）
　　　　鹿角苔　Riccia fluitans，照度約1500~2000 lux
　　鐵皇冠　Microsorium pteropus ，照度約1500 lux
　　小圓葉　Rotala rotundifolia ，照度約1800 lux

不可能說不用2000 lux，不能種鹿角苔，但好過用 ”高”，”中”，”低”的方法。

我們先討論 "1L 水 = 1 W"的方法 如下:

假設草缸大小 是 90cm(L) x 45cm(W) x 45 cm(H), 容量是
90 x 45 x 45 = 182250 cm3 = 182.25 L

以"1L 水 = 1 W" 燈具功率 大約 182 W
用39W T5HO 光管 182 / 39 = 4.667 約 5 套

但是 120cm(L) x 50cm(w) x 30cm(H), 容量是
120 x 50 x 30 = 180000 cm3 = 180 L
結果 是 同上 5 套 39W T5HO 光管

網友肥魚仔 的方法比較好，以Lumen為單位計算草缸所需光量，但同樣使用草缸容量換算成功率，但參考了不同燈光技術，比較全面。

我的想法是，因應您要種植的水草，決定一個泥面平均照度 ，例如我要求泥面平均照度 = 2500 lux

因為光在草缸的水及玻璃是"內全反射"，所有射入水面的光會反射到泥面，當然不同的草缸水質會有不同程度的衰減。因此我們要計算衰減及水深，水質的關係。

光在射入水面時，會有一部份被反射，約20%會被反射。到這裡我們可以得出水面平均照度

由於 照度 = 總流明 / 草缸平面面積
所以 總流明 = 水面平均照度 x 草缸平面面積

得到總流明後，再考慮不同燈具(T5,T5HO,PL)及反射器的efficiency 及 lumen maintenance coefficient後，就求出所使用的燈具功率及數目了。 (好煩嗎!?)

我們先討論以上假設是否正確，之後我會列出計算式及例題。

MKHo大人,
終於等到la.............!!!!
推~
希望此post有更大的特破~~~

ps.
MKHo大, 我恐怕你gum寫, 冇人明白你想做什麼. 我再表明一些:
"有邊位大大懂得寫類似以下的程式ar?
http://www.aqugrass.com/calvol.htm
煩告訴一下MKHo兄. 謝謝!"

首先我設定一個泥面平均照度 = 2500 lux

因為光在草缸的水及玻璃是"內全反射"(會有介紹)，所有射入水面的光會反射到泥面，當然不同的草缸水質會有不同程度的衰減。因此我們先要計算衰減及水深，水質的關係。

According to (Buger law) Buger-Lambert-Berr law
計算式如下 :


Iz 是 特定深度的照度 (lux)
Io 是 水面的照度 (lux)
k 是 Coefficient of Absobrtion and scattering (k=1.5~2.5, 野外的淡水, k = 0.35 ~ 1.5 高質淸水及海水)(多數由實驗室量度)
Z 是 水深度 (m)

Hi MK，
睇落明明地又唔係好明，k 是否可以簡單譯作通透度。可否用一些實數代入你的程式中，相信我會更易明。比如水面為2500lux，1呎深的lux又如何計算(假設k為1.1)？
謝謝。

鏍絲,
計算式是十分簡單，單是k 是十分困難找出。水的水質，浮游物及生物數量也影響k。http://www.thekrib.com/Plants/Tech/par-moles.html內的計算k = 0.35，
有文件指出內灣海水 k = 0.49http://www.ca.uky.edu/wkrec/LightSpawningShrimp.PDF

由於我不是環保或生物研究的(如果有人是的，可否更正我及幫忙指出k的約數)，可能要以實驗決定k的數值。

鏍絲, 您要的計算如下
Io = 2500 lux,
Z = 1' = 12" = 12 X 2.54 cm = 0.30m
k = 1.1
Iz = Io x exp( -k x Z)
Iz = 2500 x exp (-1.1 x 0.3)
= 1797.3 lux

以下是50cm(19"水),照度2500 lux，不同 k 值的圖表。

唔該，咁你估可唔可以估計一個k的中位數，因為一條程式有兩個變數，對一般網友幫助不大，你估計一個中位數，始終比較1L=1W好D，反正都係作參考之用。出視窗比網友輸入同出答案，雖然依家未識寫，但唔係好難寫，如冇其他人幫手，我可以試寫。

由於工作(有小小)及草缸開始有黑毛 蝦缸要降溫，很忙很忙!!
我們先討論光在草缸中發生了什麼事?

請先看看

http://www.seafriends.org.nz/phgraph/water.htm

影響到泥面照度的因素有以下:
- 水面的狀態;
- 光進入水面的角度;
- 光在水面的反射量;
- 光在水及草缸玻璃的內全反射;
- 水的水質，水藻量及細菌量，影響Coefficient of Absobrtion and scattering ;
- 水草及其他景物的佈局;
- 草缸內的生物類別及數量;
- 泥面的反射率等等。

如果要考慮以上全部因素，寫成論文，我有可能成Dr. HO(說笑的) 但無法完成討論。

hi Mr.Ho,
hehe... 如果你寫到條好work的formula, 已經係Dr. Ho了.

好, 正經d先~
這真是一個好好website, 易理解. 我又要慢慢睇 @@"

我再補充:
由於, 不同河有不同"顏色"和"能見度", 而且有些草是生長在樹蔭下/光照比較弱的地方. 所以不同河的草, 就需要不同的光度, 我們更雖要理解草的來源.

以下是不同河的水質資料, 希望大家不要怪data太舊:
(source from: Robert Allgayer and Jacques Teton, The Complete Book of Aquarium Plants, 1985)

Philips 既 TL5 HO 24W /840.SLV/40得1650lm 有6500k
而TL5 HO 24W /840.SLV/40 4000k有 2000lm
因為我打算換個2尺缸(寬就可能一尺左右)(地方問題,冇得再大),只有24w既可以用
如果用一般飛碟燈等等去改,本身有反光紙
咁兩支燈同三/四支燈既Io 分別係幾多?

utopia13,

假設您水深和我一樣 0.5m 缸 24"x18"x22"(假設), 泥面平均照度 = 2500 lux

水面平均照度 :
Iz = Io x exp(-k x z ), 設k = 1.5
Io = Iz / exp (-k x z)
= 2500 / exp ( -1.5 x 0.5 )
= 2500 / 0.4724
= 5292 lux

光在射入水面時，會有一部份被反射，約20%(未確定)會被反射。到這裡我們可以得出水面平均照度 = 5292 x 1.2 = 6350 lux

由於 照度 = 總流明 / 草缸平面面積
所以 總流明 = 水面平均照度 x 草缸平面面積
= 6350 x (0.6 x 0.45)
= 1715 lm

By Lumen Method,http://www.lightsearch.com/resources/lightguides/formulas.html

Required light output = 總流明 / 燈具及反射器的efficiency(約 0.5 ~ 0.6) x lumen maintenance coefficient(1.2 ~1.33)

= (1715 / 0.5) X 1.2
= 4116 lm

如果用Philips 既 TL5 HO 24W /840.SLV/40得1650lm 有6500k
number of fixture = 4116 / 1650
= 2.5 = 3 sets

而TL5 HO 24W /840.SLV/40 4000k有 2000lm
number of fixture = 4116 / 2000
= 2.058 = 2 sets



如果用功率power , T5HO 68 lm / W (因為1650 / 24)
功率 = 4116 / 68
= 60 W

number of fixture = 60 / 24 = 2.5 ~ 3 組
可以參考，但大多數變數(k,水面反射度)未能確定!!歡迎大家討論

THX ^^
咁者係2到3支就夠,咁diy就易d,而且只係用一個插頭就得

utopia13,
不用thank la,我對計算結果沒有太大信心。 您是白老鼠 .. (不要介意，玩笑)

有時間可以參考一下 http://www.aqugrass.com/phpBB2/viewtopic.php?t=25734 希望對您的燈管佈置方式有幫助。

winz,鏍絲 及 Super 大大 我會整理一下後POST出總結。

不同的方式的比較:
假設您水深和我一樣 0.5m 缸 24"x18"x22"(假設), 泥面平均照度 = 2500 lux

容量 = 0.6 x 0.45 x 0.5 = 135 L

用Philips 既 TL5 HO 24W /840.SLV/40得1650lm 有6500k

"1L = 1 W"

135 L = 135 W
number of fixture = 135 / 24 = 5.625 ~ 6 組

以Lumen為單位計算草缸所需光量...--網友肥魚仔的方式

POWER = (135 x 50) / (1650 / 24)
= 98 W

number of fixture = 98 / 24 = 4 組

我的方案

如果用功率power , T5HO 68 lm / W (因為1650 / 24)
功率 = 4116 / 68
= 60 W

number of fixture = 60/ 24 = 2.5 ~ 3 組