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水族箱的光照系统的多种选择
水族箱的光照系统的多种选择
水族缸的光照系统有许多种款式!
要如何做出符合缸子须求的选择,则需要对光的基本原理,色彩,与光照系统有一定程度的了解才可。
以下仅就各种人造光源的原理及使用情形做一简单的介绍。
何为光线:
正常人的肉眼所能区分的光线波长,是介于红外线与紫外线之间的波长,大约是介于450mm~750mm之间。
而自然光(日光)包含了所有波长的光线,也就是所有肉眼可见及肉眼无法辨识的光线。
因为不同波长的光,以不从的角度经过接口(如玻璃或水珠)时的速度不同,所以可将日光折射出红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种不同颜色的可见光线,这就是我们日常生活中常见的彩虹形成的原因。
由此可知,将所有色彩的光线均匀的参杂在一起所组成光线就是白光。
太阳光中各种光线的比例大至相等,但不同纬度的太阳光是有差异的。
由于大气层的厚度与折射的关系,纬度较高的地区其阳光含有较多的蓝光。
基于相同的原理,海面下的照片大多偏蓝,也是因为海水也会吸收非蓝光的光线,只是海水吸收非蓝光的光线的速率远高过大气层,大部分的非蓝光皆再水深达一公尺之前,就被海水吸收了。
测量光线的强度与质量的方法有许多种,一般测量强度的单位有烛光、流明数、LUX等,这部分在许多文章中多有论述,在此就不做赘述。
光线的颜色可由色温(degreesKelvin;oK)来表示,这也是一般人比较有疑问的部分。
而光线的演色性(colorrendering),则可由演色性指数(colorrenderingindex,CRI)来表示。
色温-oK:
不同的光线有不同的色温,以绝对温度oK来表示,以方便量化光的等级。
我们可把色温想象为正在加热的铁块,当铁块被加热至3500oK时,铁块会呈现出橘红色光;而当铁块被加热至6000oK时,则会呈现出白色光,当温度超过1000oK以上时,则会呈现蓝白光,所以太阳光的色温大约在5000oK~6000oK左右。
因此我们可以就光源所发出光线的颜色,粗略的判断其色温的范围,例如一盏发出黄光的灯泡,其色温应在3000oK左右,发出白光的灯泡约在5500-6500oK左右,发出蓝白光的灯泡约在10000~14000oK左右,若为发出蓝光的灯泡则约在20000oK左右。
演色指针-CRI:
演色性可用来辨识在固定光原投射下,物体色度的变化。
换句话来说,演色性就是在光线的照射下,物体所显现颜色的色度。
演色指针介于0至100之间。
当演色指针位于100时,表示在此光照下,物体所显现的颜色为其原来的颜色,此物体的颜色,并没有受到光线的改变。
一般演色值在90左右的灯具,就有很好的演色性。
如果一个光源的演色指针很低,受到此光线照射的物体,则会呈现出不同于原色的颜色与暗影。
演色性较高的光线有:
太阳光,和一部分的萤光灯,如:
日光灯。
而Gro-Lux,或钠气灯(sodiumvaporlamps)的演色性就很低。
一般来说,较有信誉的厂商,会在其公司所生产的灯具说明书上,注明其色温及演色性。
以下就光源作一比较:
自然光:
为非常良好的光线,又可免费使用,但缺点是非常难以控制!
太阳光为鱼类和植物最熟悉的光源,且是最自然的光照方式。
但如果要整年在水缸上方,而不是水缸的侧边,聚集足够的太阳光,则会有相当的困难度。
对水族缸而言,太阳光虽然是耗费金钱最低的光源,但在室内太阳光线并不是非常稳定,而且也非常难以控制。
并且由于所处纬度的不同,光照度也会有变化。
如果您地处于较高纬度,或缸子是置于地下室,或光照不良的房间内,就必须用到人造光源来替代。
太阳光很少被当成水族箱的主要光照来源,但可以用来当成辅助光线。
卤素灯泡:
除了一般的白炽灯泡,另一种白炽灯泡就是卤素灯泡。
此种灯泡是美国奇异(GE)公司在1958为制造波音707飞机的尾翼灯,而改良原有的白热光灯泡所发展出来的。
原来白热光灯泡的钨丝在使用一段时间之后,就会挥发殆尽。
且灯泡内部的玻璃会聚绩一层挥发过的钨,而使灯泡的光照度大量减弱。
在卤素灯泡之中,加入一种卤素气体,可能是溴(Bromine),或是碘(Iodine)。
这些卤素气体会和挥发的钨结合,而形成溴化钨,和碘化钨。
溴化钨和碘化钨的化学性与钨丝非常相近。
其中的钨可还原成钨,并回到钨丝之中,继续燃烧。
而溴和碘等卤素,则还原成原来的气体,继续和挥发的钨结合。
这样的化学反应一定要等温度提高到93oC(200oF)度以上才会产生。
虽然卤素灯泡的亮度比一般白光灯泡的亮度高出25%至30%,但其所发出的热量对水缸多少会造成一些影响,须要仔细考量。
而且卤素气体化学变化所须的空间非常的小,因此卤素灯泡通常很小,但是外面包起一个较大的玻璃灯泡,主要是用来隔热。
卤素灯泡的寿命约有两千小时。
灯泡所产生的光谱:
一般的人造白光的灯泡(包括白炽灯泡和卤素灯泡)所产生的光谱皆大多偏向红光。
白炽灯泡的色温只有2700oK;而一般卤素灯泡的色温也只有3000oK左右。
他们的演色性皆为100CRI,但绿色光的含量几乎是零。
光照效率:
人造白光最大的缺点就是效率不高!
比起输入的能量而言,所得到的光照度实在是太低了。
随着灯泡瓦数的提升。
其功率也跟着升高。
比如说,100瓦灯泡的量度就比50瓦灯泡的亮度高出许多。
另外一个大缺点就是那些没有转换成光线的能源,会变成热能散发出来。
既使是瓦数最小的灯泡,也能散发出许多热量,在使用时,必须要考虑这些热能对缸子会产生的影响。
由于灯泡会产生高温,若被缸中的水贱到,有可能会导致灯泡破裂,须要注意。
卤素灯泡的效率比普通灯泡要高出许多!
卤素灯泡的光度,与寿命皆比普通灯泡来的长。
卤素灯泡在寿命将尽时,依然可发出原来95%的光度,而使用寿命也为普通灯泡的两倍。
但售价也比较贵。
普通灯泡最大的优点就是售价便宜,和容易取得。
几乎所有的商店里都有贩售。
卤素灯泡比普通灯泡贵五至十倍之多,通常在规模较大的商店中,都可找到。
此种灯泡的主要用途为探照灯,对水族饲养者而言,低瓦数的灯泡较为有用。
此种型态是卤素灯泡中最便宜的,其可做为增加萤光灯照系统的辅助灯光。
Osram制造了许多种不同款式,与大小的卤素灯泡。
大部分的形状类似真空管。
由于这些灯泡的体积较小,又富有多种瓦数(从低瓦数高达至150瓦皆有),对水族爱好者来说非常的好用!
萤光灯:
使用花费低,但安装花费高!
萤光灯在我们的日常生活中并不陌生。
在相同的耗电量下,他们所散发出的光是普通灯泡的四倍之多,所以使用起来比较省钱。
通常大众较熟悉的萤光灯为常见的冷光(白光)灯与暖光(黄光)灯。
其实萤光灯还有非常多种不同的款式!
萤光灯管内有一正极端,与一负极端,内呈半真空状态,且含有少量的水银气体。
当通电之后,水银气体会呈现两极化,且释放出紫外辐射线。
在灯管内部的管壁上涂有一层磷当磷粉,被紫外辐射线刺激时,会发出可见光,至于所发出的光为甚么颜色,则与管壁上磷粉的化学成分有关。
虽然萤光灯的效率很高,但由于正离子衰退是自然现像,在使用久了之后,能通过水银气体的电流会愈来愈少,萤光灯的效率也愈来愈低落,所发出的亮度也会随着时间递减,直到突然息灭为止。
就普通室内照明用途来说,这并不会造成太大的影响。
但是对水族缸而言(尤其是饲养需光生物时),因为萤光灯的亮度是呈指数性递减,所以萤光灯最好是每六个月换一次,或是至少每年换一次。
萤光灯可有变频式(Conventionalballast),与电子式(Electronicballast)稳压器两种选则。
虽然电子式较贵,但耗电率较低且热量产生率也较低。
变频式萤光灯在120Hz时光度会开始衰减。
而这是人类肉眼可分便的最底限。
事实上,光的照度与光频皆会衰减。
即使人的眼睛无法分辨,并不表示其它的生物就无法分辨,或不会受到影响。
电子式萤光灯则在30KHz时光度才会开始衰减。
萤光灯之种类:
萤光灯管的种类非常的多,有不同的尺寸大小、磷粉的化学成分、和各式的瓦数。
但最常见的为标准型(T12)四吋灯管。
此类型灯管的直径为1.5吋,而长度则有18吋、24吋、36吋、48吋、72吋、和96吋等不同的长度。
T8型或细管型(slimline)灯管的直径为一英吋宽,而长度有24吋,36吋,及48吋。
除了直筒式的灯管之外,还有U型(PL灯)的灯管,长度大约为24吋。
圆型灯管则有许多不同的宽度。
过去几年来,迷你式萤光灯非常受欢迎,渐渐取代了白光灯泡。
此种灯管的款式非常的多,从3.5瓦的灯泡到40瓦的四英吋灯管皆有,但大小只有一般萤光灯的三分之一而以。
对小型的水族缸而言,最适用的灯泡为:
HO(HighOutput)与VHO(VeryHighOutput)的灯管。
VHO灯管的耗电量非常的高,但光的衰减率比普通的T12灯管低。
灯管中磷的化学变化及衰减与灯光的光谱组合有直接的影响。
能满足水族缸光照需求的萤光灯只占了市售商品的一小部分。
大致而言,工业用灯(industrial)、完全光谱灯(fullspectrum)、日光灯(daylight)、植物生长灯(plantgrowth)、化学性灯(actinic)、三色磷光灯(tri-phosphor)、特殊用途(specialpurpose)、及HO/VHO灯皆能符合水缸的要求。
(注:
上述灯管有些并未在一般零售市场上销售。
)
工业灯管:
工业灯管包括了常被家庭和工场的光照系统所使用的冷光灯,与暖光灯。
这些灯泡可将最少的电力,转换成最高的亮度。
由于人类的眼睛对绿色的光线最敏感,此种灯泡的光谱大量集中于绿光波一带,在绿光波的两旁光谱则急剧的上升与下降。
至于暖光灯的光谱则比较偏向于红光波的那一端。
如果您只要照亮您的水族缸而以,此种灯泡是很适用的。
此种灯泡的售价不贵,外型也还算美观。
虽然植物光和作用所需要的主要光线为红光与蓝光,但近来发现,植物大量需要所有的光谱以促使叶面的气孔打开,产生呼吸作用。
这也就是为甚么有些人可以只用冷光灯或暖光灯,就可以把水中植物养的很好的原因,只要光线充足,任何一种灯都可以把植物养的很好。
如果再用上植物专用的灯,那植物的成长状况则会更好。
太阳灯管:
太阳灯管是经由改进后,接近于自然太阳光光谱的萤光灯。
而这其实要归功于新的磷化合物。
虽然太阳灯管所发出的光的光谱还是无法完全的符合太阳光的光谱,但比起先前所提到的冷光灯与暖光灯要好的多。
市面上也很常见,但售价比冷光灯与暖光灯要高一点。
植物生长灯(plantgrowthlight):
此种灯是由Sylvania所发展出的Gro-Lux(tm)型灯管。
与其它的灯有很大的不同!
除了促进植物的生长之外,并没有其它的用途,也没有人将之用做室内外照明。
奇异公司所制造的植物生长灯被称为Gro-N-Sho,其余市面上所看到的植物生长灯都是此种灯管,只是宠物水族店将他们重新命名和包装过而以。
Gro-Lux灯管的光谱有两个高峰:
一在蓝光波区,一在红光波区。
除此两区之外,几乎没有其它波长的光线产生,因此看起来略呈紫色,且不是很亮。
在蓝光波区和红光波区所出现的高峰非常的集中。
此种光谱是根据试管中叶绿素对不同光线吸收的程度而定的。
Sylvania公司称之为Gro-LuxWidespectrum广谱灯,而奇异公司称之为Gro-N-ShoWideSpectrum广谱灯。
此种灯光看起来较趋近于粉红色,而非紫色,而光线也比较亮。
菲利浦公司所制造的植物生长灯为Agro-Lite。
和Gro-Lux的广谱灯有一点不一样。
根据实验结果,菲利浦Agro-Lite的灯照之下,农作物的成长速率,比用其它灯具照射时高出了2至10%。
由于此种灯常被用来照射室内植物,市面上也很常见。
全光谱灯管FullSpectrum此种灯可发出最近似自然光线的灯光,因为他们所发出的光是全谱的,也就是所有的光波都有。
其中包括了所有颜色的可见光,与少部分的紫外线。
各厂商所制造的全谱灯泡有:
Duro-Test的Vita-Lite,奇异公司的Chroma50,菲利普公司的Colortone50,和Sylvania的Designer5000K。
以上所有的灯泡都可发出,以目前的化学技术可做到最类似自然阳光的光照。
这些灯管可发出近似赤道正午时的光照,其色温大约是5000oK。
Duro-Test有贩售VitaLite75型灯管,奇异公司有生产Chroma75型灯管,菲利普则有生产Colortone75型灯管。
这些灯管的售价和普遍度则有相当的差距。
VitaLites的灯管较为普遍,因为此种灯管也被爬虫类养殖者所使用。
这些灯管通常在水族宠物店中就可买到,但售价会较一般的电器用品店的售价贵一些。
三色磷光灯Tri-Phosphor市面上最普遍的T12tri-phosphor灯管,是由红,黄,蓝三种光线所组成。
光谱只集中在此三色的光频内。
其所发出的光为白光,且光度很强。
通常都被用于服饰店的照明。
由于此种灯管不会发出紫外线,所以服饰的颜色不会因光照而退色。
根据不同发出三原色光的磷的组合方法,可分为色温为:
3000,3500,4000,4500及5000oK等型式的灯管。
Actinic此种灯管只发出集中蓝色光谱的光线。
通常只用于海水水族缸,以补充普通水缸光照所缺少,而为藻类、海葵、及珊瑚所必须的蓝光。
此种蓝光对淡水植物的成长并无太大的助益。
此种灯管可在较大的水族宠物店中购得,但售价并不便宜。
SpecialPurpose:
自90年开始,萤光灯制造商开始生产专为水族缸设计的萤光灯。
这些灯可更确切的供给珊瑚和海葵所需的光照。
其中最早有名的是,由英格兰的Thoen/EMI所制造的Triton灯管。
这虽然是triphosphor型式的灯管,但会发出适合促进植物生长的粉红色灯光,其所发出的光谱和Gro-Lux所发出的很像,但多了绿色光。
此种灯管可发出相当大量的光照,但其售价也不低。
Triton灯管是第一个专为水族缸设计的萤光灯。
根据其制造商,在使用7000小时之后,此种灯管的衰减率小于10%。
在相同的使用量下,Gro-Lux灯管的衰减率已高达60%。
再者,与一般萤光灯不同的是,当Triton灯管的使用寿命截止时(大约两年),灯管就无法点亮,而不是渐渐暗去。
Triton灯管出产后没多久,其它的厂商也就跟进了。
在1991年的淡水与海水水族杂志(FreshwaterandMarineAquariumMagazine)中,至少就有五种不同的水族专用萤光灯的广告。
这些都是ActinicDay灯管,所发出的光为白光。
在Superwhite/actinic灯管中有一片180度金属做的反射层。
所以所有的光线可被有效的利用。
此种灯管的生产量很小,只有在水族店中可买到。
而售价则视水族店而定。
还有一种特殊灯管为Sylvanian所制的fluorescentincandescent灯管。
其所发出的颜色为红色,或近似红色的光。
此种灯管数量很少,售价也很高。
HO/VHO(高输出/超高输出):
所谓的HO,就是高输出(highoutput)。
而VHO,就是超高输出(veryhighoutput)的意思。
这一型的灯管可介由吸入较多的电流,而有较大的输出功率。
这样的灯管售价不低,需要较贵的稳定器,而寿命又短、如果您的水缸需要大量的光照,那使用高输出灯泡还尚可,但使用超高输出灯泡时的麻烦,确远超过您所得到的利益。
其寿命比一般的灯泡要短,且一个八英尺长的VHO灯管的稳定器所占的空间很大,当通电后,整个灯管与稳定器会产生很高的温度。
如果您的缸子果真需要很大量的光照的话,HID将会是个较好的选择。
高输出/超高输出灯管也有很多不同的型式,比如:
冷光灯、暖光灯、日光灯、Gro-Lux灯、和广谱的Gro-Lux灯。
在国外,饲养珊瑚礁生态缸的爱好者,若非使用HOI乃当作照明的光源,则多是使用VHO灯具来替代。
HID(HIGHINTENSITYDISCHARGE)灯:
所谓的HID灯或高效率输出灯就是通常在超级市场内,或路灯上所看到的很亮的白灯。
小至70瓦大至6000瓦以上的灯泡都有,此种灯泡可以非常有效率的发出大量的光,但它的安装较高。
由于它会产生大量的热量,所以须要在灯罩内安装风扇以散热。
对水族使用方面,此形态的灯大多是用在需要大量光照的缸子,如:
珊瑚缸,和大型的淡水水草缸等。
HID灯需要变压器,而且几乎每一个灯泡都需要一个符合自己型号的变压器。
变压器的售价不便宜,体积又大,且不易购得。
虽然较大的五金电可买到,但一般售价皆不低。
HID灯管的构造与萤光灯类似,在灯管中间有一个充满气体,当通电之后,内管会产生许多紫外线。
但大部分的紫外线会被外管过滤掉。
因此当外管破裂时就不应该继续使用。
型式:
此种灯管有三种基本形式,为:
水银蒸气灯(Mercuryvapor),钠蒸气灯(Sodiumvapor),和金属卤素灯(MetalHalide)。
水银蒸气灯Mercuryvapor当你在工厂中所看到光线很强,且有微偏蓝色的灯泡时那就是水银蒸气灯(以下简称水银灯)。
水银灯所发出的光谱几乎只集中于蓝白光,只有一小部分的红光。
而更糟的是它的光谱并不连续,且在特定的波长下有高峰,所以只能作为一般照明使用。
水银灯有一种自动变压的灯管,此种灯管约250瓦不需要外加变压器只需旋入一个灯座既可,其缺点是它的输出功率并没有如一般的水银灯好,因为它是用阻力较高的材料做灯丝,而它们的售价非常非常的贵,当然此种灯省了变压器的钱。
因为其光谱并不连续,且在特定的光波下有高峰,所以并不适用在水族照明使用。
钠蒸气灯Sodiumvapourlamps钠气灯有两种型态,一为高压式钠气灯,另一为低压式钠气灯,虽然它们之间的差异非常受到争论,但它们皆发出纯黄色的灯光;虽然它们的效率是其它灯的十倍,但很可惜的是对水族缸来说,此种灯是豪无用处的。
此种灯泡是市面上效率最高的灯泡,其平均寿命可达24000小时以上,在所有HID灯之中此种灯的售价也是最低的,且几乎所有的五金店里都买的到,最近菲立普所制造的SunAgro所发出的光谱较宽常被用于河口植物的照明。
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