Song, Tae-Eui;Park, Seong-Jik;Moon, Joon-Kwan;Kim, In Soo;Lee, Chang Hee
Korean Journal of Plant Resources
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v.32
no.3
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pp.228-236
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2019
This study is conducted to investigate the effects of growth characteristics (GC) and DPPH radical scavenging activity (DRSA) of the heading lettuce 'Fidel' depending on four concentrations of activated mineral groups (AMG: 1.6% active minerals and 0.03% CaO) added to basic nutrient solutions (diluted by 0, 0.05, 0.1, and 0.2%) and on four different light-emitting diodes (LED; B:R:W ratio = 0:1:12, 0:1:9, 0:5:5, and 2:3:5). Both 0.1 and 0.2% AMG showed better GC of lettuce in plant width, plant length, leaf width, leaf length, and the number of leaves than those of other AMG, while leaf thickness and chlorophyll value did not show significant difference among all AMG. Moreover, 0.1 and 0.2% AMG showed heavier shoot fresh weights than those of other AMG. As for the combinations of AMG and LED, B0:R5:W5 showed the best lettuce GC regardless of AMG compared to other AMG and LED combinations. As shown in the above results of LED, although there was a difference in lettuce growth by LED, the differences of lettuce growth by AMG were statistically significant. The DRSA was the highest at 82.8% in B2:R3:W5, followed by B0:R5:W5 at 77.8%. LED showed differences but AMG did not affect DRSA. Therefore, the optimal conditions in plant factory for GC and DRSA of the lettuce were 0.1% AMG and B0:R5:W5.
In this paper, we designed IOT(Internet of Things) based hydroponic plant factory in order to avoid the effects of fine dust penetrating into the soil, and proposed the PLC(Programmable Logic Controller) control methods. The designed plant factory could monitor the density of oxygen, the density of nutrient solution, temperature and humidity through touch screen and smart phone, and control the heater and cooler, ventilation and dehumidifier, and wavelengths of LEDs to grow plant in appropriate environments.
BACKGROUND: Plant factory system of an artificial light type using Light-Emitting Diodes (LEDs), fluorescent light, or metal halide lamp instead of sun light is an ultimated method for plant production without any pesticides regardless of seasonal changes. The plant factory is also completely isolated from outside environmental conditions such as a light, temperature, or humidity compared to conventional greenhouse. Light-environment control such as a quality or quantity in the plant factory system is essential for improving the growth and development of plant species. However, there was little report that the effects of various light qualities provided by LEDs on Ledebouriella seseloides growth under the plant factory system. METHODS AND RESULTS: Ledebouriella seseloides seedlings transplanted at urethane sponge were grown in the plant factory system of a horizontal type with LED artificial lights for 90 days. Yamazaki solution for hydroponic culture of the seedlings was regularly irrigated by the deep flow technique (DFT) system on the culture gutters. Electrical Conductivity (EC) and pH of the solution was recorded at 1.4 ds/m and 5.8 in average, respectively during the experimental period. Number of unfolded leaves, leaf length, shoot fresh and dry weight of the seedlings were three times measured in every 30 days after beginning of the experiment. Blue LEDs, red LEDs, and fluorescent lights inside the plant factory were used as light sources. Conventional fluorescent lamps were considered as a control. In all the treatment, light intensity was maintained at $100{\mu}mol/m^2/s$ on the culture bed. Fresh weight of the seedlings was 3.7 times greater in the treatment with the mixture radiation of fluorescent light and blue+red LEDs (1:3 in energy ratio; Treatment FLBR13) than in fluorescent light treatment (Treatment FL). In FLBR13 treatment, dry weight per seedling was two times greater than in FL or BR11 treatment of blue+red LEDs (1:3 in energy ratio; Treatment BR11) during the culture period. Increasing in number of unfolded leaves was also significantly affected by the FLBR13 treatment comparing with BR11 treatment. CONCLUSION(S): Hydroponic culture of Ledebouriella seseloides seedlings was successfully achieved in the plant factory system with mixture lights of blue, red LEDs and fluorescent lights. Shoot growth of the seedlings was significantly promoted by the FLBR13 with the mixture radiation of fluorescent light, blue, and red LEDs under 1:3 mixture ratio of blue and red LEDs during the experimental period compared to conventional light conditions.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.11
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pp.7990-8000
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2015
Plant factories are plant cultivation systems which produce farm products uniformly under the controlled environmental condition regardless of seasons and places. Thermal flow in the plant factory is an important parameter in cultivating plants. In this research, we study thermal flow characteristics for a hybrid plant factory with multi-layer cultivation shelves using computer simulation techniques. In order to obtain numerical solutions for thermal flow characteristics, a finite volume method was applied. We consider a low-Reynolds-number ${\kappa}-{\epsilon}$ turbulence model, incompressible viscous flows, and pressure boundary conditions for numerical simulation. Commercial software Solid Works Flow Simulation is then used to investigate characteristics of thermal flows in the plant factory applying several different inflow air velocities and arrangements of cultivation shelves. From numerical analysis results, we found that temperatures in cultivation shelves were uniformly distributed for Case 3 when the inflow air velocity was 1.6 m/s by using a blower in the plant factory. However in Case 1 lower temperature distributions were observed in test beds, TB2 and TB3, which indicated that additional temperature control efforts would be required. Average shelf temperature increased by $3^{\circ}C$ using artificial light source (DYLED47) with 50% blue and 50% red LED ratios. Korea Academia-Industrial cooperation Society.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.4
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pp.1419-1426
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2012
The heating and cooling energy load of the KNU plant factory was analyzed using the DesignBuilder. Indoor temperature set-point, LED supplemental lighting schedule, LED heat gain, and type of double skin window were selected as simulation parameters. For the cases without LED supplemental lighting, the proper growth temperature of lettuce $20^{\circ}C$ was selected as indoor temperature set-point together with $15^{\circ}C$ and $25^{\circ}C$. The annual heating and cooling loads which are required to maintain a constant indoor temperature were calculated for all the given temperatures. The cooling load was highest for $15^{\circ}C$ and heating load was highest for $25^{\circ}C$. For the cases with LED supplemental lighting, the heating load was decreased and the cooling load was 6 times higher than the case without LED. In addition, night time lighting schedule gave better result as compared to day time lighting schedule. To investigate the effect of window type on annual energy load, 5 different double skin window types were selected. As the U-value of double skin window decreases, the heating load decreases and the cooling load increases. To optimize the total energy consumption in the plant factory, it is required to set a proper indoor temperature for the selected plantation crop, to select a suitable window type depending on LED heat gain, and to apply passive and active energy saving technology.
Kang, Woo Hyun;Zhang, Fan;Lee, June Woo;Son, Jung Eek
Horticultural Science & Technology
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v.34
no.1
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pp.84-93
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2016
Plant factories with artificial lights require a large amount of electrical energy for lighting; therefore, enhancement of light use efficiency will decrease the cost of plant production. The objective of this study was to enhance the light use efficiency by using filters to diffuse the light from LED sources in plant factory conditions. The two treatments used diffuse glasses with haze factors of 40% and 80%, and a control without the filter. For each treatment, canopy light distribution was evaluated by a 3-D ray tracing method and canopy photosynthesis was measured with a sealed acrylic chamber. Sixteen lettuces for each treatment were cultivated hydroponically in a plant factory for 28 days after transplanting and their growth was compared. Simulation results showed that the light absorption was concentrated on the upper part of the lettuce canopy in treatments and control. The control showed particularly poor canopy light distribution with hotspots of light intensity; thus the light use efficiency decreased compared to the treatments. Total light absorption was the highest in the control; however, the amount of effective light absorption was higher in treatments than the control, and was highest in treatment using filters with a haze factor of 80%. Canopy photosynthesis and plant growth were significantly higher in all the treatments. In conclusion, application of the diffuse glass filters enhanced the canopy light distribution, photosynthesis, and growth of the plants under LED lighting, resulting in enhanced the light use efficiency in plant factory conditions.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.27
no.2
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pp.126-131
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2014
In this paper, plant crops used in the region to grow crops for the LED lighting area of a rectangle to fit the light distribution to maximize the efficiency of a rectangular distribution was made of LED lights. After the fabrication of LED lamps, light distribution, and in the area of $1.2m{\times}3m$ was the analysis of Illuminance chart. As a result of examining the performance light distribution for total Emin/Eav is 56%, and the target area of the light distribution compared to normal lamps Emin/Eav is improved by about 17%. In addition, plants grown in the area to minimize the outgoing light distribution can be focused on the cultivation area, according to the distance of the plants and be able to have the best luminous efficacy is judged.
This study was conducted to establish the optimum LED light source and quality for growth of Wasabia japonica seedlings in the LED chamber plant factory system. The light treatments were combined with four colors LED (red, blue, white, far-red), irradiation time ratio of the red and blue LED per minute(1:1, 2:1, 5:1, 10:1), and duty ratio of mixed light (100%, 99%, 97%). The growth response of W. japonica was the greatest in the R + B mixed light treatment, and seedlings grown in the red LED alone was higher than blue LED alone in the monochromic radiation treatments. In the R + B mixed LED, 1:1 ratio of R and B was the best for total biomass and tiller production. In mixed light treatments, the growth response of W. japonica was highest in the 100% duty ratio with R + B mixed light, while that was highest in the 97% duty ratio with R + B + W mixed light. Leaf area and dry weight were increased in the red light treatment alone, while specific leaf area was increased in the blue light alone. With the increasing red LED light ratio, leaf area and dry weight of W. japonica was significantly increased under the R + B mixed light treatment. In mixed light treatments, the leaf growth responses of W. japonica was highest in the 97% duty ratio with R+B mixed light, while that was highest in the 100% duty ratio with R + B + W mixed light. For cultivating W. japonica in a plant factory, treating red LED supplemented with a blue light or higher ratio of the red to blue LED was benefit to promote the growth of W. japonica.
A recently developed Chinese cabbage cultivar, Shinhong Ssam, was cultured under different light conditions at a plant factory to evaluate effects of light on the production of functional compounds. The effects of the following combinations of red (R), blue (B), and white (W) LED light were compared to that of fluorescent light: R+B, R+W, and R+B+W. Under R+B light, the Chinese cabbage failed to grow well. In contrast, under R+W, R+B+W, and fluorescent light conditions, cabbages had similar growth rates. Cyanidin, the only anthocyanidin detected, accumulated in cabbages under LED conditions to levels more than 2-fold of that in cabbages grown under fluorescent light. Phenolic acid and flavonol levels varied subtly, whereas caffeic acid was found to be between 70- and 160-fold greater in LED-illuminated cabbages than in those exposed to fluorescent light. The amounts of free amino acids and sugars that affect the taste of vegetables were greater in the cabbages exposed to LED light than in those grown under fluorescent light conditions. In conclusion, R+W LED light produced Shinhong Ssam with greater nutritional value than those grown under R+B+W LED and fluorescent lights.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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