CC BY
16
13б
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ ENGINEERING SCIENCE: PROCESSES AND MACHINES O F A G R O E N G I N E E R I N G S Y S T E M S
Научная статья УДК 621.311(07)
doi: 10.24412/2078-1318-2021-2-136-145
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
СИСТЕМАХ ОБЛУЧЕНИЯ РАСТЕНИЙ
Сергей Васильевич Гулин1, Александр Григорьевич Пиркин2
1 Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Петербургское шоссе, д. 2, Пушкин,
Санкт-Петербург, 196601, Россия; serg.gulin2010@yandex.ru; http://orcid.org/0000-0002-7355-0498
2Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Петербургское шоссе, д. 2, Пушкин, Санкт-Петербург, 196601, Россия; pirkin.ag@mail.ru; http://orcid.org/0000-0003-1961-8831
Реферат. Важнейшим направлением при изучении процессов облучения биологических объектов в контролируемой и регулируемой среде является обеспечение минимума расхода электрической энергии. Это может быть достигнуто правильным выбором источников света, обладающих соответствующими кривыми светораспределения и оптимальным расположением этих источников. В настоящей статье рассмотрены проблемы энергосбережения в области использования энергии оптического излучения в культивационных сооружениях защищенного грунта. В качестве основного критерия при оценке эффективности технических средств, обеспечивающих преобразование электрической энергии в энергию оптического излучения, предложено использовать энергоемкость, как минимальную потребность в энергии на единицу выпускаемой продукции. В статье предложено общее математическое выражение для расчета энергии, потребленной облучаемым биологическим объектом. Полученные с его помощью результаты позволяют создавать и модернизировать соответствующие приборы, установки и технологические процессы, а также проводить оптимизацию технических средств и систем по спектральным характеристикам и мощности облучения. В работе сформулирован критерий технико-экономической эффективности облучательных установок и предложены технические решения, обеспечивающие его оптимальность. В завершающей части статьи показано, как использование методов бизнес-инжиниринга позволяет обеспечить минимизацию расходов энергетических и материальных ресурсов в процессе производства продукции растениеводства в тепличных хозяйствах. На основании сравнения оценки эффективности систем досвечивания растений были предложены энергосберегающие электротехнологии светокультуры.
Ключевые слова: биоценоз, облучательные установки, оптические электротехнологии, энергоемкость продукции, энергосбережение
Цитирование. Гулин С.В., Пиркин А.Г. Решение задач энергосбережения в электротехнологических системах облучения растений // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2021. - №2 (63). - С. 136-145. doi: 10.24412/2078-1318-2021-2-136-145
SOLUTION OF ENERGY SAVING PROBLEMS IN ELECTRICAL TECHNOLOGICAL
SYSTEMS OF IRRADIATION OF PLANTS
Sergey V. Gulin1, Alexander G. Pirkin2
^aint-Petersburg State Agrarian University, Petersburg highway, 2, Pushkin, St. Petersburg, 196601, Russia; serg.gulin2010@yandex.ru; http://orcid.org/0000-0002-7355-0498 2 Saint-Petersburg State Agrarian University, Petersburg highway, 2, Pushkin, St. Petersburg, 196601, Russia; pirkin.ag@mail.ru; http://orcid.org/0000-0003-1961-8831
Abstract. The most important direction in the study of irradiation processes biological objects in a controlled and regulated environment is to ensure a minimum consumption of electrical energy. This can be achieved by choosing the right light sources with appropriate light distribution curves and optimal placement of these light sources. This article deals with the problems of energy saving in the field of using the energy of optical radiation in cultivation facilities in protected ground. As the main criterion for assessing the efficiency of technical means ensuring the conversion of electrical energy into optical radiation energy, it is proposed to use energy intensity as the minimum energy requirement per unit of output. The article proposes a general mathematical expression for calculating the energy consumed by an irradiated biological object. The results obtained with its help make it possible to create and modernize the corresponding devices, installations and technological processes, as well as to optimize technical means and systems in terms of spectral characteristics and irradiation power. The paper formulates a criterion for the technical and economic efficiency of irradiators and proposes technical solutions to ensure its optimality. The final part of the article shows how the use of business engineering methods allows minimizing the consumption of energy and material resources in the process of crop production in greenhouses systems for illumination of plants have been proposed energy-saving electrical technologies of photoculture.
Keywords: biocenosis, irradiation installations, optical electrical technologies, energy intensity of products, energy saving
Citation. Gulin, S.V. and Pirkin, A.G. (2021) "Solution of problems of energy saving in electrotechnological systems of irradiation of plants", Izvestya of Saint-Petersburg State Agrarian University, vol. 63, no. 2, pp. 136-145. (In Russ.). doi: 10.24412/2078-1318-2021-2-136-145
Введение. Рассмотрение вопроса искусственного облучения биологических объектов в контролируемой и регулируемой среде предполагает обеспечение минимума расхода энергии, что в свою очередь может быть достигнуто обоснованным выбором источников света, соответствующей конфигурацией системы распределения светового потока, оптимально построенной схемой расположения светильников относительно растительного ценоза и другими технологическими мероприятиями. Все это говорит о том, что проблема энергосбережения здесь является одной из самых актуальных.
В настоящее время имеются достаточно большие возможности для решения задач применения оптического излучения (ОИ) как регулирующего структурного фактора. Более того, многообразие технических средств (источников света, световых приборов, пускорегулирующей аппаратуры, электронных систем управления освещением) позволяет формировать новые принципы и приемы техники применения оптических электротехнологий (ОЭТ). Следует отметить, что ряд технологических процессов ОЭТ не имеет альтернативы. Это, прежде всего, процессы, протекающие в культивационных сооружениях защищенного грунта, в которых ОИ является важнейшим фактором обеспечения микроклимата.
Все вышеперечисленные технические средства в совокупности с биологическим объектом образуют биотехническую систему, в которой основным продуктообразующим звеном является биоценоз.
В данной системе ОИ формирует поток энергии, который, претерпевая процессы переноса и преобразования, превращается в электромагнитное излучение, параметры которого обеспечивают требуемый технологический эффект. В итоге получаем ОЭТ, включающие в себя генерацию и перераспределение параметров ОИ в пространстве и по поверхности, формирование необходимого закона изменения потока во времени и его спектрального состава с целью обеспечения полезной реакции агроценоза.
Предложенная в статье методика по эффективности применения источников света и облучателей апробирована в томатном и салатном отделениях тепличного комбината ООО «Круглый год» Бокситогорского района Ленинградской области.
Цель исследования - разработка методики исследования процесса энергосбережения в электротехнологических системах облучения биологических объектов, построенной на использовании методологии бизнес-инжиниринга и ее производственная адаптация на
примере сравнения показателей эффективности светокультуры на базе облучателей «Рефлакс» с лампами ДНаТ мощностью 400, 600 и 1000 Вт и светодиодных облучателей Hyperion 3000 мощностью 1000 и 1110 Вт в теплицах Агрофирмы ООО «Круглый год», расположенных в городе Пикалево Бокситогорского района Ленинградской области. Формированию методологии бизнес-инжиниринга посвящен ряд научных работ [1, 2, 3].
Материалы, методы и объекты исследований. Системы облучения представляют собой совокупность облучательных установок, являющихся техническими средствами, обеспечивающими процесс ОИ.
На рисунке 1 представлена общая структурная схема энергетического потока ОИ.
Электроэнергия
Источник излучения гН Преобразователь излучения нн
Технологический £> продукт
Рисунок 1. Структурная схема энергетического потока ОИ Figure 1. Block diagram of the energy flow of optical radiation
Мощность энергетического потока оптического излучения Рои можно распределить по трем направлениям: по времени, по спектру и излучению по поверхности облучаемого тела или пространственное распределение энергии ОИ (рис. 2).
Следует отметить, что распределение потока по поверхности облучаемого тела (при фиксированных компоновочных параметрах) вполне однозначно определяется распределением потока в пространстве. Следовательно, эти характеристики распределения следует объединить в одну группу.
Рисунок 2. Параметры распределения характеристик ОИ Figure 2. Parameters of the distribution of optical radiation characteristics
Таким образом, основными влияющими на биологический объект параметрами ОИ являются время излучения, поверхностная плотность потока излучения и спектральное распределение энергии.
Введя допущение о том, что площадью (поверхностью) облучаемого биологического объекта (ОБО) являются верхушки растений, а также не учитывая распределения потока излучения по их высоте, получим общее математическое выражение для расчета энергии, передаваемой ОБО:
^2 Л-2 s2
Эобо = J J J P0H(t,À,s)dt dX ds, (1)
¿1 Ai si
где Дt = ^42 - временной диапазон облучения биологического объекта, ч.;
АХ = Х2-Х1 - спектральный интервал оптического излучения, нм;
ДS = S2-Sl - площадь поверхности облучаемого биологического объекта, м2
Геометрически Эобо представляет собой некоторое тело в трехмерном пространстве, координатами которого являются текущее время, длина волны ОИ и площадь облучаемой поверхности ОБО.
Вычисление тройного интеграла (1) дает возможность осуществить совершенствование технических средств ОИ путем создания и модернизации приборов, установок и технологических процессов, оптимизированных по времени, спектральным характеристикам.
С целью создания относительно больших (до 500 Вт/м2) уровней облученностей физиологически активной радиации (ФАР) для растений, культивируемых в условиях контролируемой среды, применяют искусственные источники излучения, общая установленная электрическая мощность которых в облучающих устройствах может достигать от нескольких единиц до десятка киловатт на 1 м2 облучаемой площади. Для этих целей в основном используются источники излучения с лампами от 0,5 до 6 кВт электрической мощности (зеркальные и галогенные лампы накаливания, дуговые ксеноновые лампы, лампы МГЛ и др.). В зависимости от способа преобразования подводимой электрической энергии в энергию оптического излучения источники света подразделяются на две основные группы:
- тепловые, в которых энергия излучения образуется за счет преобразования тепловой энергии, образующейся за счет прохождения электрического тока по телу накала лампы. К таким источникам следует отнести мощные зеркальные и галогенные лампы накаливания;
- газоразрядные, отличительной особенностью которых является то, что энергия излучения в них образуется за счет энергии электрического разряда в газах и парах металлов. К ним можно отнести мощные ксеноновые, ртутные, металлогалоидные, а также натриевые лампы высокого давления;
- твердотельные или светодиодные источники оптического излучения, являющиеся весьма перспективными для светокультуры. Эти источники экономичны, энергоэффективны, долговечны и обеспечивают варьирование и регулирование спектральных характеристик. Современные технологии производства предоставляют инструментарий для конфигурирования и программирования их блоков питания.
Результаты исследований. Завершающим этапом решения задач энергосбережения является технико-экономическая оценка эффективности функционирования различных типов ламп при их выборе для систем облучения растений.
Выбор таких источников излучения обусловлен тем, чтобы они смогли бы наилучшим образом удовлетворить условиям получения максимальных урожаев полезной биомассы
растений Уполезн.
Достижение МАХ { Уполезн} является важнейшим обстоятельством при проектировании облучающих устройств. От правильного выбора источников излучения зависят как ожидаемая эффективность использования этих устройств, так и сами технико-экономические возможности их создания.
Таким образом, величину Уполезн следует рассматривать в качестве основного (общего) критерия технико-экономической эффективности облучательных систем.
Математическое выражение, связывающее общий и частные критерии оценки эффективности облучательных систем, можно представить следующим образом:
УполезнСО = Я^СО + ^(0 + " + ап(0 ], (2)
где п - общее количество частных критериев;
«1(0, «2(0 ... ап(0 - зависимости частных критериев эффективности от времени.
Полагая, что ш(0, а2(0 ... аи(0 представляют собой случайные функции времени, выражение (2) приобретает следующий вид:
МО[УПолезн(01 = F[MO[ai(t)],MO[a2(t)].....MO[an(t)]}, (3)
где МО [ш(0], MO [«2(0], —, MO [«n(0] - математические ожидания значений частных критериев эффективности ш(0, «2(0 — «n(0.
Оценку того или иного типа источника излучения как частного критерия эффективности следует начинать с оценки физиологической значимости его спектральных характеристик при воздействии на растения. Такая оценка должна производиться по некоторым частным параметрам и основываться на учете влияния спектра излучения ламп на процессы фотосинтеза, роста и формирования растений. Сравнительную физиологическую эффективность источников излучения можно оценивать по величинам потоков физиологически активной радиации (ФАР) и количеству квантов, содержащихся в единице каждого из потоков.
Следует отметить, что принятые на сегодня методики оценки физиологической эффективности источников излучения по величине интегрального потока физиологически активной радиации (ФАР) во всей области длин волн от 400 до 720 нм и суммарному количеству квантов в этой области не полностью отражают специфическую роль отдельных участков спектра физиологически активной радиации. Этот последний фактор особенно существен при сопоставлении источников излучения, имеющих различные соотношения спектральных участков в пределах ФАР.
При оценке специфической роли отдельных участков спектра ФАР у сравниваемых по физиологической эффективности источников излучения исходят из того, что условия нормальной жизнедеятельности растений определяются следующими тремя основными группами реакций на воздействие излучений. Это фотосинтез, фотоморфогенез, синтез хлорофилла (рис. 3).
Наиболее распространенной в этой области является система параметров, основанная на фотосинтетической активной радиации (ФАР), или photosynthetically available radiation (PAR).
Поток ФАР измеряется в мкмоль фотонов в секунду. Фотон - элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле - света) в виде поперечных электромагнитных волн и переносчик электромагнитного взаимодействия. Фотоны, способные участвовать в фотосинтезе, считаются фотосинтетическими фотонами.
400 445 500 600 660 700
нанометров, длина волны света
Рисунок 3. Реакция растений на оптическое излучение Figure 3. Reaction of plants on optical radiation
Фотосинтетический фотонный поток - суммарное число фотонов, излучаемых в секунду в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм (мкмоль/с). Вместе с тем поток ФАР можно выражать в единицах энергии интенсивности излучения (Вт). Это правомерно при оценке баланса энергии фотосинтезирующих организмов. Но, поскольку фотосинтез является квантовым процессом, в физиологии растений поток ФАР чаще оценивают как фотосинтетический фотонный поток (ФФП), или photosynthetic proton flux (PPF), представляющий собой общее число фотонов, испускаемых световыми лучами во всех направлениях в секунду. Плотность фотосинтетического фотонного потока (ПФФП), или photosynthetic photon flux density (PPFD) представляет собой количество фотосинтетически активных фотонов, которые падают на измеряемую поверхность каждую секунду. Её величина отражается в микромолях в метре квадратом в секунду. Интегральная доза облучения (ИДО), или daily light integral (DLI) - это показатель количества фотосинтетически активных фотонов за фотопериод At, измеряется в мкмоль/схм2.
Следует отметить, что излучение ФАР не учитывает разницу между разными длинами волн в диапазоне 400 - 700 нм. Кроме того, предполагается, что волны за пределами этого диапазона имеют нулевую фотосинтетическую активность. Но для конкретного спектра излучения фотосинтетический фотонный поток в мкмоль/с можно модифицировать, используя весовые коэффициенты для каждой длины волны. Этот параметр представляет собой ФАР, взвешенную в соответствии с эффективностью фотосинтеза по каждой длине волны. Он носит название «усваиваемый растением поток фотонов», или yield photon flux (YPF). Тогда с учетом спектральной чувствительности растений формула (1) примет вид:
^2 Л-2 s2
Эобо = J J J P0H(t,Á,s)k(Á)dt dÁds, (4)
¿1 Ai si
где - коэффициент спектральной чувствительности биологического объекта.
Коэффициенты перевода потока ФАР в энергетических единицах в поток ФАР в молях фотонов или в световой поток зависят от спектра излучения источника излучения и представляется в специальных таблицах.
Важнейшим частным критерием, обеспечивающим получение максимальных урожаев в условиях светокультуры, является строгое соблюдение физиологических уровней фотосинтетической облученности применительно к конкретной растительной культуре в соответствии с технологическими нормативами, приведенными в таблице 1.
Таблица 1. Потребность растений в фотосинтетическом освещении Table 1. The need for plants for photosynthetic lighting
Растительная культура ПФФП, не менее, мкмоль/схм2
Проростки зерна, грибов, орхидеи 75
Зеленые растения, пряные травы, корнеплоды 150
Клубника, перец, мелкие томаты (черри), цитрусовые 250
Крупные томаты, огурцы, бахчевые 350
Высокая биологическая и энергетическая эффективность источников искусственного света в конечном счете определит экономический эффект светокультуры растений и возможность более широкого ее использования в тепличных хозяйствах. Для выполнения этой задачи на сегодняшний день налажен выпуск растениеводческих ламп и световых приборов, имеющих не только высокий КПД, но и благоприятный для растений спектральный состав.
Наибольшую эффективность по всем энергетическим показателям показывают облучатели и системы облучения на базе натриевых ламп высокого давления (ДНаТ) и специализированные под светокультуру облучатели на базе твердотельных источников излучения (LED-облучатели).
В таблице 2 приведены сводные данные, полученные с использованием предложенной в статье методике, по эффективности применения источников света и облучателей в томатном и салатном отделениях площадью 9360 м2 в тепличном комбинате ООО «Круглый год». Приведены основные показатели эффективности светокультуры на базе облучателей «Рефлакс» с лампами ДНаТ мощностью 400, 600 и 1000 Вт и светодиодных облучателей Hyperion 3000 мощностью 1110 и 1000 Вт.
Расчет произведен для отделений салата (плотность потока ФАР, 170 мкмоль/с/м2) и томата (плотность потока ФАР, 330 мкмоль/с/м2).
Цены на электроэнергию взяты из расчета собственной генерации электроэнергии.
Наилучшие показатели по плотности потока ФАР к растениям имеют облучатели «Рефлакс» на базе ламп ДНаТ-600 и ЖСП25М ламп ДНаТ-1000. Следует отметить, что облучатели выполнены на линейное напряжение питания 380 В, что дает преференции по капитальным и эксплуатационным затратам. При этом ЖСП25М выигрывают по годовому расходу электроэнергии. Широкая КСС облучателей обеспечивает оптимальную структуру поля оптического излучения в зоне растений.
Облучатели Hyperion 3000 выигрывают по эффективной отдаче в мкмоль/Дж и установленной мощности на м2. Их установка в теплице позволяет обойтись меньшим числом световых точек. Но при этом косинусная КСС не обеспечит оптимальной структуры оптического поля для высокорослой культуры томатов.
Таблица 2. Сравнительная эффективность систем досвечивания Table 2. Comparative efficiency of additional lighting system
Тип светильника Рефлакс Рефлакс ЖСП25М-1000 Hyperion 3000 Hyperion 3000
Источник света/спектр ДНаТ-400 ДНаТ-600 ДНаЗ-1000 LED High Red LED High Red
Потребляемая мощность, Вт 440 640 1000 1110 1000
Напряжение питающей сети 220 380 380 220 220
Кривая КСС Ш Ш Ш Д Д
Поток ФАР светильника, мкмоль/с 620 935 1850 3000 3000
Эффективность, мкмоль/Дж 1,4 1,5 1,85 2,7 3,0
Общая площадь, м2 9360 9360 9360 9360 9360
Количество светильников 2760 3670 1790 988 988
Плотность потока ФАР, 170 360 360 330 330
мкмоль/с/м2
Общая потребляемая мощность, кВт 1175 2350 1790 1086 988
Потребляемая мощность на м2, Вт/м2 126 251 191 117 106
Количество часов досветки в год 2100 2100 2100 2100 2100
Расход эл. энергии в год, кВт*час 2487500 4935000 3759000 2280000 2074800
Стоимость эл. энергии, руб/кВт^час 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
Стоимость эл. энергии в год, руб. 6218750 12337500 9297500 5700000 5187000
Стоимость эл. энергии на м2 в год, руб/м2 665 1318 1004 608 555
Выводы:
1. Разработана методика исследования процессов энергосбережения в системах облучения растений, базирующаяся на методологии бизнес-инжиниринга электротехнологических систем.
2. Получены общие математические выражения для расчета необходимого количества энергии, направленной облучаемому биологическому объекту (растению).
3. Произведена сравнительная оценка эффективности систем досвечивания растений и предложены энергосберегающие электротехнологии светокультуры на базе натриевых и твердотельных источников оптического излучения.
Список источников литературы
1. Теланов Ю.Ф., Федоров И.Г. Инжиниринг предприятия и управление бизнес-процессами. -М.: Юнити-Дана, 2015. - 207 с.
2. Гулин С.В., Пиркин А.Г. Особенности бизнес-инжиниринга при создании электротехнологических систем // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2019. - №1(54). - С.157-162.
3. Гулин С.В., Пиркин А.Г. Реинжиниринг бизнес-процессов при создании и эксплуатации электротехнологических систем в аграрном секторе экономики // Состояние и перспективы развития агропромышленного комплекса: юбилейный сборник научных трудов XIII Международной научно-практической конференции. Том 2, (26-28 февраля 2020). - Ростов-на-Дону, 2020. - С.525-529.
4. Гулин С.В., Пиркин А.Г. Особенности формирования бизнес-процессов при создании и эксплуатации электротехнологических систем агропромышленного комплекса // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2020. - №4(61). - С.139 - 147. DOI 10.24411/2078-1318-2020-14139
5. Загоровская В.В. Тепличная эволюция: инновации на рынке оборудования для закрытого грунта // Агротехника и технологии. - 2017. - №2. - С.17-19.
6. Тихомиров А.А., Шарупич В.П., Лисовский Г.М. Светокультура растений: биофизические и биотехнологические основы. - Новосибирск: Изд. Сиб. отд. РАН, 2000. - 213с.
7. Рождественский В.И., Клешнин А.Ф. Управляемое культивирование растений в искусственной среде. - М.: Наука, 2000. - 199 с.
8. Шарупич В.П. Культивационные сооружения с многоярусной узкостеллажной гидропоникой // Palmarium Academic Publishing, 2014 - 664 с.
9. Карпов В.Н., Ракутько С.А. Энергосбережение в оптических технологиях. Прикладная теория и частные методики. - СПб.: СПбГАУ, 2009. - 100 с.
10.Алёхина Н.Д. и др.; под ред. И.П. Ермакова; рец.: В.В. Кузнецов, С.С. Медведев: Физиология растений. - М.: Академия, 2007. - 640 с.
11. Compernolle T., Witters N., Van Passel S., Thewys T. Analyzing a self-managed CHP system for greenhouse cultivation as a profitable way to reduce CO2-emissions // Energy. 2011. Vol. 36. No. 4. Pp. 1940-1947. DOI: 10.1016/j.energy.2010.02.045
12. Tripp K.E., Peet M.M., Pharr D.M., Willits D.H., Nelson P. V. CO(2)-enhanced yield and foliar deformation among tomato genotypes in elevated CO(2) environments // Plant Physiol. 1991. Vol. 96. No. 3. Pp. 713-719. DOI: 10.1104/pp.96.3.713
References
1. Telanov Yu.F., Fedorov I.G. (2015), Inzhiniring predpriyatiya i upravleniye biznes-protsessami [Enterprise engineering and business process management], Yuniti-Dana, Moscow, Russia.
2. Gulin S.V., Pirkin A.G. (2019), "Features of business engineering in the creation of electrotechnological systems", Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, vol. 54, no. 1, pp. 157-162, (In Russ.).
3. Gulin S.V., Pirkin A.G. (2020), "Reengineering of business processes in the creation and operation of electrical technology systems in the agricultural sector of the economy", Sostoyaniye i
perspektivy razvitiya agropromyshlennogo kompleksa: Yubileynyy sbornik nauchnykh trudov XIII Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii.. vol. 2, pp. 525-529, (In Russ.).
4. Gulin S.V., Pirkin A.G. (2020), "Features of the formation of business processes in the creation and operation of electrotechnological systems of the agro-industrial complex", Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, vol. 61, no. 4, pp. 139-147, (In Russ.). doi: 10.24411/2078-1318-2020-14139.
5. Zagorovskaya V.V. (2017), "Greenhouse evolution: innovations in the market of equipment for greenhouses", Agrotekhnika i tekhnologii, no.2, pp. 17-19, (In Russ.).
6. Tikhomirov A.A., Sharupich V.P., Lisovskiy G.M. (2000), Svetokul'tura rasteniy: biofizicheskiye i biotekhnologicheskiye osnovy [Photoculture of plants: biophysical and biotechnological foundations], Sibirskoye otdeleniye RAN, Novosibirsk, Russia.
7. Rozhdestvensky V.I., Kleshnin A.F. (2000), Upravlyayemoye kul'tivirovaniye rasteniy v iskusstvennoy srede [Controlled cultivation of plants in an artificial environment], Nauka, Moscow, Russia.
8. Sharupich V.P. (2014), Kul'tivatsionnyye sooruzheniya s mnogoyarusnoy uzkostellazhnoy gidroponikoy [Cultivation facilities with multi-tiered narrow-shelving hydroponics], Palmarium Academic Publishing.
9. Karpov V.N., Rakutko S.A. (2009), Energosberezheniye v opticheskikh tekhnologiyakh. Prikladnaya teoriya i chastnyye metodiki [Energy saving in optical technologies. Applied theory and particular methods], Sankt-Peterburgskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet, St. Petersburg, Russia.
10.Alekhina N.D. and etc. (2007), Fiziologiya rasteniy [Plant Physiology], in Ermakov I.P. (ed.), Akademiya, Moscow, Russia.
11. Compernolle T., Witters N., Van Passel S., Thewys T. (2011), "Analyzing a self-managed CHP system for greenhouse cultivation as a profitable way to reduce CO2-emissions", Energy, vol. 36, no. 4, pp. 1940-1947. doi: 10.1016/j.energy.2010.02.045.
12. Tripp K.E., Peet M.M., Pharr D.M., Willits D.H., Nelson P.V. (1991), "CO2-enhanced yield and foliar deformation among tomato genotypes in elevated CO2 environments", Plant Physiol, vol. 96, no. 3, pp. 713-719. doi: 10.1104/pp.96.3.713.
Cведения об авторах
Гулин Сергей Васильевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, доцент кафедры энергообеспечения производств и электротехнологии, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», spin-код: 7418-4418, Scopus author ID: 57221205780. Пиркин Александр Григорьевич - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры энергообеспечения производств и электротехнологии, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», spin-код: 6918-6735, Scopus author ID: 57221192886.
Information about the authors
Sergey V. Gulin - kandydat tekhnichnykh nauk, starshyy naukovyy spivrobitnyk, dotsent kafedry enerhoob'yednannya vyrobnytstv ta elektrotekhnolohiy, Federal'ne derzhavne byudzhetne osvitnye upravlinnya vyshchoyi osvity «Sankt-Peterburhskyy hosudarstvennyy ahrarnyy unyversytet», spin-code: 7418-4418, Scopus avtor ID: 57221205780.
Alexander G. Pirkin - kandydat tekhnichnykh nauk, dotsent, dotsent kafedry enerhoob'yednannya vyrobnytstv ta elektrotekhnolohiy, Federal'ne derzhavne derzhavne byudzhetne osvitnye upravlinnya vyshchoyi osvity «Sankt-Peterburhskyy hosudarstvennyy ahrarnyy unyversytet», spin- code: 6918-6735, Scopus avtor ID : 57221192886.
Авторский вклад. Все авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении и анализе данного исследования. Все авторы настоящей статьи ознакомились и одобрили представленный окончательный вариант. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Author's contribution. All authors of this research paper have directly participated in the planning, execution, or analysis of this study. All authors of this paper have read and approved the final version submitted. Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
Статья поступила в редакцию 05.04.2021 г.; одобрена после рецензирования 18.05.2021 г.; принята к публикации 30.05.2021 г.
The article was submitted 05.04.2021; approved after reviewing 18.05.2021; accepted after publication 30.05.2021.
Научная статья УДК 620.193.3
ао1: 10.24412/2078-1318-2021-2-145-155
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЖИДКОСТЬ УЛУЧШЕННОГО СОСТАВА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ РЖАВЧИНЫ
Анатолий Германович Смирнов1, Владимир Степанович Павлов2, Анжела Николаевна Спиридонова3
'Чувашский государственный аграрный университет, ул. К. Маркса, 29, г. Чебоксары, Чувашская
Республика, 428003, Россия; stts@lenta.ru; http://orcid.org/0000-0001-7072-4352 2Чувашский государственный аграрный университет, ул. К. Маркса, 29, г. Чебоксары, Чувашская Республика, 428003, Россия; pvstolikovo@mail.ru; http://orcid.org/0000-0002-2205-3416 3Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Петербургское шоссе, д. 2, Пушкин, Санкт-Петербург, 196601, Россия; angspiridonova@yandex.ru; http://orcid.org/0000-0002-1827-6051
Реферат. Коррозионные разрушения приводят к потере металлофонда до 12% от общего металлофонда Российской Федерации. В сельскохозяйственной отрасли безвозвратные потери от его коррозии составляют до 18 млн. т металла. Ущерб по причине коррозии возрастает от увеличения затрат на ремонт и техническое обслуживание машинно-тракторного парка. Сокращение этих непроизводительных затрат можно уменьшить разработкой моющих средств, имеющих низкую коррозионную активность, ингибиторов коррозии для защиты наружных поверхностей деталей машин. Эффективность использования применяемых материалов проверяется при проведении лабораторных и натурных исследований по ГОСТ Р 9.905-2007 и ГОСТ 9.909-86. Методика подготовки образцов для коррозионных исследований предусматривает очистку их поверхностей от окалины и первичных продуктов ржавчины, а после проведения экспериментов - полное удаление продуктов коррозии. Применяемые для этих целей материалы имеют ряд существенных недостатков, одним из которых является последующая коррозия поверхностей под влиянием остатков состава. В работе разрабатывается состав для очистки металлических поверхностей от ржавчины, обладающей высокой степенью очистки, а также имеющей противокоррозионные свойства. В основу состава входят водный раствор серной кислоты, сульфадимезин и катионный краситель золотисто-желтый 2К. Исследования влияния компонентов на защитные свойства включали проведение многофакторного эксперимента плана 23. Результатом исследований явилось получение уравнения регрессии в виде: у=76,4-0,625х1+4,625х2+1,6хз+1,65х1х2-0,725х1хз-0,075х2хз+0,25х2хз. Из уравнения регрессии видно, что первый компонент - серная кислота - способствует растворению металла. Компоненты сульфадимезина и краситель катионный являются ингибиторами коррозии и способствуют торможению растворения металла от действия серной кислоты. Причем сульфадимезин проявляет защитный эффект почти в три раза больше, чем краситель. Полученный состав для удаления ржавчины рекомендуется использовать в лабораторных и натурных исследованиях по коррозии металлов для очистки исследуемых образцов.
Ключевые слова: ингибитор, коррозия, серная кислота, сульфадимезин, катионный краситель
