CC BY
84
УДК 631.544.45:628.8 П.П. Долгих, М.В. Самойлов
СИСТЕМА ОБЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ВЕГЕТАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ
P.P. Dolgikh, M.V. Samoylov THE SYSTEM OF RADIATION FOR VEGETATIVE INSTALLATION
Долгих П.П. - канд. техн. наук, доц. каф.системоэнергетики Красноярского государственного аграрного университета, г. Красноярск. E-mail: [email protected] Самойлов М.В. - ст. преп. каф. системоэнергети-ки Красноярского государственного аграрного университета, г. Красноярск. E-mail: [email protected]
При реализации современных агротехноло-гий в защищенном грунте всегда имеется возможность выращивания овощных культур с низкими затратами энергии. Перспективным направлением снижения энергозатрат является разработка более совершенных конструкций, способов и режимов работы технологического оборудования, в частности систем искусственного облучения. Требования к светотехническим методикам расчета облу-чательных установок для теплиц регламентируют высоту подвеса для точечных источников излучения не ниже 0,5 м над приемником. Это обстоятельство связано с большой долей инфракрасного излучения облучателей, губительного для растений. Высокое расположение облучателей приводит к необходимости увеличения удельной установленной мощности систем облучения, и, как следствие, увеличению энергоемкости тепличных технологий. Расчет показал, что путем снижения высоты подвеса облучателя на 0,22 м возможно добиться двукратного увеличения уровня облученности с 50 до 100 Вт/м2 ФАР, оптимального для обеспечения фотосинтеза культуры редиса при излучении облучателя в диапазоне длин волн 600-700 нм. Определены рациональные параметры системы «облучатель - вегетационная установка», по которым изготовлена опытная установка и проведены экспериментальные исследования для оценки эффекта двух вариантов системы облучения по критерию хозяйственно-полезного
Dolgikh P.P. - Cand. Tech. Sci., Assoc. Prof., Chair of Energy System, Krasnoyarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk. E-mail: [email protected]
Samoylov M.V. - Asst, Chair of Energy System, Krasnoyarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk. E-mail: [email protected]
урожая. Решение проблемы снижения энергоемкости продукции растениеводства, на примере ценоза редиса путем изменения параметров традиционной схемы облучения и отводом излишков тепловой энергии от облучателя, позволяет при двукратном увеличении облученности увеличить урожайность редиса на 2,2 кг/м2 при соблюдении значения коэффициента минимальной облученности 0,8.
Ключевые слова: система «облучатель -вегетационная установка», коэффициент минимальной облученности, методика расчета облучательных установок, энергоэффективность.
A promising direction to reduce energy consumption in greenhouse technology is the development of more advanced designs, techniques and modes of operation of technological equipment, in particular systems of artificial irradiation. Requirements of lighting methods of calculation of irradiators for greenhouses regulate the height of the suspension point sources of radiation is not below 0.5 m above the receiver. This fact involves a high proportion of infrared radiation irradiators, injurious to plants. The high location of irradiators leads to the necessity of increasing the installed capacity of the systems of exposure and, as consequence, increases energy intensity greenhouse technologies. The calculation showed that by reducing the height of the radiator to 0.22 m it is possible to achieve a twofold increase in the level of irradiance from 50 W/sq.m of photosynthetically active radiation to 100
W/sq.m of photosynthetically active radiation, to ensure optimal photosynthesis for crops radish when the radiation irradiator in the wavelength range 600-700 nm. The solution to the problem of reducing the energy intensity of crop production on the example of radish cenosis by changing parameters of the traditional patterns of exposure and the drainage of excess thermal energy from the irradiator at the same time allows a twofold increase in irradiance to increase the yield of radish by 2.2 kg/m2 when co-respect for the value of the ratio of minimum irradiance of 0.8.
Keywords: system of 'feed-vegetation unit', the ratio of minimum irradiance, method of calculation of irradiating installations, energy efficiency.
Введение. Высокую урожайность тепличных культур можно получить при условии, что параметры микроклимата будут поддерживаться на оптимальном уровне. Наиболее важными являются энергетические факторы - оптическое облучение и температура воздуха [1]. При создании экономичных сооружений и установок для выращивания растений в искусственных условиях важно рассчитать и рационально расположить технологическое оборудование.
Для исследования режимов работы технологического оборудования в системах микроклимата культиваторов (камеры, теплицы, фитотроны) разработана вегетационная установка [2], параметры которой требуется определить.
Цель исследования: определение эффективных параметров системы «облучатель - вегетационная установка».
Методики исследования. Известно, что большая часть тепличных предприятий России обеспечена новыми энергоэкономичным системами облучения на основе современных эффективных натриевых ламп высокого давления (НЛВД) мощностью 400-600 Вт и металлогало-генных ламп (МГЛ) мощностью 1 000-2 000 Вт для дополнительного облучения растений и светокультуры [3].
Для исследований была выбрана система облучения на базе облучателя ЖСП37-400-001 с лампой PhilipsSON-тAgro 400. На рисунке 1 представлен внешний вид облучателя с кривыми силы света (КСС), в таблице 1 приведены основные характеристики [4].
На рисунке 2 приведен спектр излучения лампы SON-TAgro 400. Из рисунка 2 видно, что лампа имеет повышенную долю излучения в красном диапазоне длин волн 600-700 нм.
Рис. 1. Облучатель ЖСП37--400-001: а - внешний вид: 1 - шина; 2 - короб; 3 - кронштейн; 4 - фиксатор; 5 - крышка; 6 - отражатель; 7 - ПРА; 8 - ИЗУ; 9 - конденсатор; 10 - лампа PhilipsSON-TAgro 400; 11 - патрон Е-40; 12 - клеммная коробка; б - кривая силы света: 1 - поперечная; 2 - продольная; 3 - под углом 45°
Характеристики облучателя ЖСП37-400-001
Таблица 1
Тип Число, шт., и мощность лампы, Вт Класс светораспре-деления по ГОСТ 17677-82 Тип кривой силы света по ГОСТ 17677-82 Световой поток, клм Ток, А КПД, %, не менее Степень защиты по ГОСТ 14254-96 Тип патрона
в продольной плоскости в поперечной плоскости
ЖСП37-400-001
слампой Philips 1x400 П Осевая Л 55 2,2 80 Р21 Е40
SON-T Agro 400
Исходя из технологических норм и опытных данных [6] определяем по методике [7] основные параметры облучательной установки для создания средней облученности£=50 Вт/м2 ФАР, рекомендуемой в большинстве тепличных агротехнологий. Оптимальной облученностью, при которой достигается максимальная эффективность фотосинтеза растений,считается ве-
личина£= 100 Вт/м2 ФАР [6]. Для нее также определяем параметры установки (рис. 3).
Данная методика предполагает установление высоты подвеса облучателей Л> 0,5 м, нижний предел которой ограничивается тепловым действием источников излучения, являющимся губительным для растений.
>1 §
=
О 2
11 -о =
б а,
= £ Ь 3
г $
§
о.
5
о с
и
350
300 250 200 150 100 50
300
1
ц ИНН
1
.. . ей г
400
500
600
700
Длина волны >_ км
Рис. 2. Спектр излучения лампы РЫНрзвОМ-ТАдго 400 [5]
Горизонтальная облученность Е, Вт/м2 ФАР, в точке от одного облучателя
Ел
1а-С08 а-кф к2
(1)
Расчет установки проводим по минимальной облученности. При этом коэффициент минимальной облученности
Е
где 1а - сила света облучателя в направлении расчетной точки, кд; кф- коэффициент перевода светового потока источника в поток ФАР, Вт/м2; Л - высота подвеса, м;кф=0,0023 [8].
г = ■
ф.тш
Е
> 0,8
(2)
ф.тах
где Ефтп, Еф.тах - минимальная и максимальная облученность, Вт/м2 ФАР.
Для расчета по рисунку 1, б применяем формулу
1 = Л000 •Ф 1000
(3)
где Ф - световой поток лампы, лм; /1000 - значения силы света облучателя с условным источником света, кд.
По графикам облученности находим оптимальную высоту подвеса облучателя для двух вариантов и геометрические размеры ванны с почвогрунтом, исходя из условия (2) (рис. 4).
Рис. 3. Графики облученности под облучателем ЖСП с лампой РЫ^О^ТАдт 400: а - Е = 50 Вт/м2 ФАР; б -Е = 100 Вт/м2 ФАР
Рис. 4. План размещения облучателей в вегетационной установке
Определяем энергетические параметры системы «облучатель - вегетационная установка». Как известно [6], основными объектами исследования при проведении физиологических экспериментов в вегетационных установках являются ценозы редиса. Поэтому для расчета применяем данные из технологических требований, предъявляемых к выращиванию редиса сорта Жара.
Потребление электроэнергии за период вегетации
Ж = Р • Т • г (4)
уст сут, (4)
где Рут-установленная мощность системы облучения с двумя облучателями, Вт; ?сут - время работы системы облучения в сутки, ч; Т - период вегетации, дней.
Результаты расчета параметров представлены в таблице 2.
Таблица 2
Результаты расчета параметров системы «облучатель - вегетационная установка»
Параметр Величина
1-й вариант 2-й вариант
Количество облучателей М, шт. 2 2
Высота подвеса Л, мм 700 480
Размеры технологического объема установки, мм: длина А ширина В высота Н 1700 700 1500 1700 700 1500
Средневзвешенный коэффициент неравномерности z 0,8 0,8
Облученность Е, Вт/м2 ФАР 50 100
Установленная мощность системы облучения Р, кВт 0,908 0,908
Удельная установленная мощность системы облучения Руд, кВт/м2 0,763 0,763
Время работы системы облучения в сутки ^ут, ч 16 16
Период вегетации Т, дней [9] 35 35
Тариф за электроэнергию, руб/(кВтч): в пределах социальной нормы Т свыше социальной нормы Т2 1,45 2,34 1,45 2,34
Потребление электроэнергии за период вегетации W, кВт-ч 509 509
Удельное потребление электроэнергии системой облучения Wуд, (кВт-ч)/м2 428 428
Затраты на оплату электрической энергии С, руб. 1093 1093
Из данных таблицы 2 видно, что два варианта облучательной установки имеют схожие параметры, отличающиеся высотой подвеса и, как следствие, величиной облученности.
Эксперименты, проведенные российскими учеными показали, что наименьшие затраты энергии для исключения стрелкующихся форм редиса требуются при использовании красных лучей (длина волны 600-700 нм) и интенсивности ФАР 100 Вт/м2 [6].
Из рисунка 5 видно, что при использовании ламп с максимумом излучения в зеленой области уровень облученности нужно увеличить в 2 раза по сравнению с красным светом, при использовании синего излучения - в 6 раз. Также доказано [6], что максимальный коэффициент хозяйственной эффективности Кхоз, характеризующий распределение ассимилятов между листовой поверхностью и корнеплодами, достигается при красном свете. Наименее эффективен в этом отношении синий свет.
1 - 600- -700 нм;
2 - 500- -600 нм;
3 - 400- -500 нм
100 200 300 400 500 600
£, Вт/м2 ФАР
Рис. 5. Зависимость стрелкования растений редиса от интенсивности ФАР в отдельных спектральных областях [6]
Приведенные данные позволяют предположить, что лампа PhilipsSON-TAgro 400, имеющая максимум излучения в оранжево-красном диапазоне длин волн 600-700 нм (см. рис. 2), может являться наиболее эффективным источником излучения при выращивании редиса.
Результаты исследования. В эксперименте необходимо оценить эффект каждого из вариантов системы облучения, критерием оценки которого может являться хозяйственно-полезный урожай.
Для исследования режимов была изготовлена вегетационная установка по размерам из таблицы 2. Технологический объем камеры был разделен на две части в горизонтальной плоскости с помощью силикатного стекла толщиной 8 мм (рис. 6), что исключает неконтролируемое влияние инфракрасной составляющей излучения лампы на вегетационный процесс. Это позволяет устанавливать облучатель ниже высоты
Л= 0,5 м, определенной нормами и методиками светотехнических расчетов [7].
Опытная вегетационная установка содержит основание с установленными на нем ваннами с почвогрунтом и растениями. К основанию крепятся вертикальные стойки, а к ним горизонтальные стойки,образуя каркас, обтянутый прозрачным поликарбонатом. Сверху климатической установки установлен механизм подъема облучателей с возможностью их регулирования по высоте.
Редис сорта Жара выращивался по технологии, изложенной в рекомендациях по выращиванию редиса [9]. Опыт осуществлялся в трех повторностях. Урожай снимался за один раз. После каждого опыта почвогрунт полностью заменялся. Результаты эксперимента представлены в таблице 3.
Рис. 6. Конструкция экспериментальной вегетационной установки: 1 - рабочий отсек; 2 - ванны с почвогрунтом и растениями; 3 - отсек с облучателем; 4 - облучатели ЖСП с лампой РЫНрэЗвЫ-ТАдго 400; 5 - стеклянная перегородка; 6 - приточный воздуховод; 7 - система автоматического управления (САУ) параметрами микроклимата; 8 - система вентиляции и подготовки воздуха; 9 - механизм регулирования высоты подвеса облучателей;
10 - устройство подогрева воздуха
Таблица 3
Экспериментальные данные при разной высоте подвеса системы облучения
Параметр Величина
1-й вариант h=0,7 м 2-й вариант h=0,48 м
Облученность Е,Вт/м2 ФАР 50 100
Период вегетации!, дней 35 30
Всего взошло, шт. 188 224
Вытянулось, шт. 33 14
Количество редиса товарного качества М, шт. 138 201
Масса клубней товарного редиса т, кг 3,8 6,44
Удельная установленная мощность системы облучения Руд, кВт/м2 0,763 0,763
Расход электроэнергии в системе облучения W, кВт-ч 514 440
Удельное потребление электроэнергии системой облучения (кВт-ч)/м2 432 370
Средняя урожайность Уср, кг/м2 3,19 5,4
Удельная энергоемкость продукции О, (кВтч)/кг 135 68
Из таблицы 3 видно, что при одинаково установленной удельной мощностиРуд=0,763 кВт/м2 расход электроэнергии в варианте 2 снизился на 74 кВт-ч по сравнению с вариантом 1 за счет сокращения срока вегетации. Удельная энергоемкость продукции по сравнению с вариантом 1 снижена в 2 раза за счет увеличения урожайности на 2,21 кг/м2 и снижения расхода электроэнергии.
Данная технология облучения может быть реализована с помощью информационной системы, представленной в [10], которая позволяет в любой момент времени обеспечить такую совокупность условий, при которой соблюдается оптимальное значение критерия эффективности.
Выводы. Изменение параметров традиционной схемы облучения в вегетационной установке показало двукратное снижение энергоемкости продукции. Новая технология с уменьшением высоты подвеса системы облучения, требующая отвода излишков тепловой энергии от облучателя, позволяет при увеличении облученности повысить урожайность на 2,2 кг/м2 при соблюдении значения коэффициента минимальной облученности 0,8.
Литература
1. Исследование и внедрение системы повышенной частоты с мощными тиристорными
преобразователями для дополнительного облучения в теплицах: отчет о НИР / С. Юк-нявичус, И. Кантминас, Э. Чярнкус [и др.]. -Каунас, 1980. - 18 с.
2. Вегетационная установка: пат. № 2303346. Рос. Федерация: MM7A01G9/24 / Долгих П.П., Самойлов М.В., Завей-Борода В.Р. Опубл. 27.07.2007, Бюл. № 21.
3. Малышев В.В. Повышение эффективност и облучательных установок для теплиц: авто-реф. дис. ... канд. техн. наук. - М., 2007. - 28 с.
4. Тепличные светильники серий ЖСП36, ЖСП37. Паспорт изделия. - URL: http:// www.ielectro.ru/Document34952.html?fn_tab2d oc=1479 (дата обращения 21.02.2016).
5. Спектризлучения MASTER SON-T PIA Green Power 400W. URL:http:// www.comsvet.ru /2/ pr_teplich_son. shtml (дата обращения 21.02.2016).
6. Тихомиров А.А., Лисовский Г.М., Сидько Ф.Я. Спектральный состав света и продуктивность растений. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991. - 168 с.
7. Баев В.И. Практикум по электрическому освещениюи облучению: учеб. пособие для вузов. - М.: КолосС, 2008. - 191 с.
8. Meyer J. Pflanzenbelichtung // AEL: Arbeitsgemeinschaft für Elektrizitätsanwendung in der Landwirtschaften., Heft 3/1994, Bonn. 84 s.
9. Антипова О.В. Рекомендации по выращиванию редиса кассетным способом методом подтопления на установках гидропонных стеллажных (УГС) // Теплицы России - 2007. -№ 2. - С. 19-24.
10. Федорова И.А., Долгих П.П. Моделирование энергоэффективных режимов работы климатического оборудования в сооружениях защищенного грунта // Вестн. КрасГАУ. - 2015. -№ 8. - С. 127-134.
Literatura
1. Issledovanie i vnedrenie sistemy povyshennoj chastoty s moshhnymi tiri-stornymi preobrazovateljami dlja dopolnitel'nogo obluchenija v teplicah: otchet o NIR / S. Juknjavichus, I. Kantminas, Je. Chjarnkus [i dr.]. - Kaunas, 1980. - 18 s.
2. Vegetacionnaja ustanovka: pat. № 2303346. Ros. Federacija: MKI7 A01G9/24 / Dolgih P.P., Samojlov M.V., Zavej-Boroda V.R. Opubl. 27.07.2007, Bjul. № 21.
3. Malyshev V.V. Povyshenie jeffektivnosti oblu-chatel'nyh ustanovok dlja teplic: avtoref. dis. ... kand. tehn. nauk. - M., 2007. - 28 s.
4. Teplichnye svetil'niki serij ZhSP36, ZhSP37. Pasport izdelija. - URL: http://www.ielectro.ru /
Document34952.html?fn_tab2doc=1479 (data obras-hhenija 21.02.2016).
5. Spektr izluchenija MASTER SON-T PIA Green Power 400W. URL: http://www.comsvet.ru-/2/pr_teplich_son.shtml (data obrashhenija 21.02.2016).
6. Tihomirov A.A., Lisovskij G.M., Sid'ko F.Ja. Spektral'nyj sostav sveta i produktivnost' ras-tenij. - Novosibirsk: Nauka. Sib. otd-nie, 1991. -168 s.
7. Baev V.I. Praktikum po jelektricheskomu osves-hheniju i oblucheniju: ucheb. posobie dlja vuzov.
- M.: KolosS, 2008. - 191 s.
8. Meyer J. Pflanzenbelichtung // AEL: Arbeitsgemeinschaft für Elektrizitätsanwendung in der Landwirtschaft e.V., Heft 3/1994, Bonn. 84 S.
9. Antipova O.V. Rekomendacii po vyrashhivaniju redisa kassetnym spo-sobom metodom podtoplenija na ustanovkah gidroponnyh stella-zhnyh (UGS) / // Teplicy Rossii - 2007. - № 2. -S. 19-24.
10. Fedorova I.A., Dolgih P.P. Modelirovanie jener-gojeffektivnyh rezhimov raboty klimaticheskogo oborudovanija v sooruzhenijah zashhishhen-nogo grunta // Vestn. KrasGAU. - 2015. - № 8.
- S. 127-134.
УДК 615.322:547.913
И.Д. Зыкова, Л.С. Тирранен, Л.В. Наймушина, АД. Саторник
ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА И АНТИМИКРОБНОЙ АКТИВНОСТИ
ЭФИРНОГО МАСЛА BRASSICA RAPA L.
I.D. Zykova, L.S. Tirranen, L.V. Naymushina, A.D. Satornik
THE STUDY OF COMPONENT COMPOSITION AND ANTIMICROBIAL ACTIVITY OF ESSENTIAL OILS BRASSICA RAPA L.
Зыкова ИД. - канд. техн. наук, доц. каф.химии Политехнического института Сибирского федерального университета. E-mail: [email protected]
Тирранен Л.С. - д-р биол. наук, вед.науч. сотр. Международного научного центра исследования экстремальных состояний организма Красноярского научного центра СО РАН, г. Красноярск. E-mail: [email protected]
Zykova I.D. - Cand. Tech. Sci., Assoc. Prof., Chair of Chemistry, Polytechnical Institute, Siberian Federal University. E-mail: [email protected]
Tirranen L.S. - Dr. Biol. Sci., Leading Staff Scientist, International Scientific Center of Research of Extreme Conditions of an Organism, Krasnoyarsk Scientific Center SB RAS, Krasnoyarsk. E-mail: [email protected]
