CC BY
1
Технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса
УНИВЕРСАЛЬНАЯ СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ Коняев Николай Васильевич, к.т.н., доцент Долженков Юрий Юрьевич, магистрант Курская государственная сельскохозяйственная академия,
г.Курск, Россия
Предложено применить для освещения животноводческих помещений систему на базе универсальных осветительных установок, оснащенных помимо обыкновенных осветительных светодиодных источников света красными светодиодами.
Ключевые слова: энергосбережение, освещение, осветительная установка, светодиод, спектр излучения.
Освещенность животноводческих помещений является наиважнейшим параметром микроклимата. От правильного освещения зависит нормальный рост и развитие животных, а также их продуктивность. Наравне с необходимой освещенностью помещений, для жизнедеятельности животных большое значение имеет график освещенности по времени суток. График освещенности определяет биологический ритм. Правильно составленный график искусственной освещенности помещений способствует получению животными и птицей достаточное количество оптического излучения в дневное время, а также обеспечивает им в ночью время для сна и отдыха [1,2].
Известно, что продуктивность коров зависит от длительности и интенсивности освещения. Освещенность в диапазоне 110-150 лк в течение светового периода 16-18 часов, а в оставшиеся время в интервале 6-8 часов -темнота, способствует росту молочной продуктивности на 5-15%. Такой график светового ритма соответствует природному и подходит для КРС коров и молодняка.
В настоящее время, как говорилось ранее, в большинстве животноводческих помещениях применяются осветительные приборы, которые оснащены лампами накаливания общего назначения, ртутно-дуговыми лампами высокого давления и низкого давления, светодиодными источниками света.
Известно, что по требованиям к системам освещения животноводческих помещений и зоотехнических рекомендаций, в ночное время для крупного рогатого скота доля дежурных светильников должна составлять 15-20% от общего рабочего освещения. Обычно светильники дежурного освещения составляет 10% от числа всех осветительных установок в помещении и обеспечивают видимость технологических процессов [3]. Как правило, для
этого используется часть светильников рабочего освещения, запитанных от отдельной фазы или отдельного источника питания.
В качестве источников света в ночное время использование обычных осветительных ламп не рекомендуется, так как их световой поток у животных в ночное время суток способствует не выработке мелатонина, а корти-зола и при этом сбивается биоритм. А это ведет к снижению тонуса, продуктивности и снижению иммунитета животных. Большинство западных фермеров на своих фермах применяют систему освещения, работа которой учитывает особенности зрения КРС: коровы не воспринимают оптическое излучение с красным спектром. Зарубежные животноводы в качестве источников света в ночное время применяют светильники с инфракрасными лампами. С помощью данных осветительных систем фермеры могут видеть и контролировать своих животных, не мешая их отдыху. Применение такой системы достаточно энергозатратно, так как дежурные светильники очень энергоемки.
а) б)
а) натриевая и металлогалогенная лампа в комплекте с ПРА для светильника AgriLEDRed; б) светильник дежурного освещения. Рисунок 1 - Общий вид светильника АОМЬЕВКеё
Существуют и комбинированные осветительные установки, объединяющие как основное, так и дежурное освещение в одном устройстве. Например, светильники АОМЬЕБКеё (рисунок 1), фирмы ЛактаЛюкс.
а) б)
а) основное освещение; б) дежурное ночное освещение Рисунок 2 - Пример системы освещения коровника, выполненной
светильниками АОМЬЕБКеё
Светильник предназначен специально для молочного скота. В качестве источника света в нем служат натриевые лампы высокого давления или металлогалогенные лампы по 250 или 400 ватт. Пример использования таких светильников в коровниках показан на рисунке 2.
В отечественном животноводстве до недавнего времени использовали в ночное время лампы накаливания из синего стекла мощностью 60 Вт. Однако как и зарубежные осветительные системы это очень энергоемкое и неэффективное оборудование. Решить проблему энергоэффективности и энергосбережения можно, если применить на современном этапе эффективные источники искусственного света. В настоящее время к таким источникам относятся светодиодные технологии [4,5,6].
Отечественная промышленность в качестве энергосберегающих систем выпускает установки марок ВБ-АОЯО, Светоч «Универс» и др., которые оснащаются светодиодными источниками света (рисунок 3). Отдельно выпускаются светильники со светодиодами дневного света, и светильники, оснащенные красными светодиодами. При проектировании системы освещения в животноводческих помещениях такие светильники устанавливают в параллельных рядах поочередно. Это не очень удобно при эксплуатации, подключении и соблюдении нормированной освещенности.
а) б)
а) красный светильник ночного освещения; б) светильник основного рабочего освещения Рисунок 3 - Общий вид светильника DS-Agro-30
В качестве аналогичной системы освещения разработана систем на базе комбинированных светильников АОМЬЕВКеёрго 32.АОКШЕВКеёрго 32 снабжен шестью красными светодиодами powerLED и натриевыми или ме-таллогалогенными лампами. Они выдают монохромное красное излучение, которое используется для освещения помещения в ночное время. Благодаря применению этого универсального осветительного прибора, для дежурного ночного освещения больше нет необходимости применять два отдельных светильника. Однако, применение в них ламп ДНаТ и металлога-логенных ламп типа ДРИ, приводит к тому, что общая освещенность характеризуется не лучшими световыми характеристиками по сравнении со
светодиодами и другими источниками света. При таком составе светового потока индекс цветопередачи очень низкий.
Рисунок 4 - Общий вид светильника АОМЬЕБКеёрго 32
Из анализа данного материала, видно, что для освещения животноводческих помещений требуется спроектировать новую универсальную систему освещения, используемой как в дневное, так и в ночное время, которая будет удовлетворять биоритм животных, а также соответствовать требованиям мероприятий по энергосбережению. В настоящее время разработано достаточное количество и видов энергосберегающих осветительных установок, которые применяются в системах освещения животноводческих помещений, но все они выдают световой поток одного спектра излучения
Учитывая наши исследования и известные уже конструкции и разработки светильников, мы предлагаем применить светодиодную систему освещения на базе комбинированных осветительных установок. Общий вид такой осветительной установки показан на рисунке 5. В качестве источника света будут использоваться 5 светодиодных лент на светодиодных модулях: 1 лента с красными светодиодами и 4 ленты со светодиодами белого свечения, каждая мощностью 12Вт, выдающая 1056лм. Светодиоды будем применять марки БМ05630 со световым потоком 44 лм и мощностью 0,5 Вт. Светодиодные модули монтируются на плоской поверхности корпуса светильника ЛСП04. Сверху светодиодные модули закрываются защитным прозрачным пластиковым плафоном. Между корпусом светильника и плафоном устанавливается резиновый уплотнитель, дающий герметизацию всей установки [10,11].
Предложенная осветительная установка работает следующим образом: в дневное время, когда животные бодрствуют, работают оба типа светодио-дов, а в ночное время, в качестве дежурного освещения - только красные. Одновременное использование излучения от белых и красных светодиодов дает цветовое ощущение света, близкого по восприятию к излучению естественного света, что благоприятно будет влиять на животных и способствовать лучшим условиям работы персонала. Проектируемая осветительная установка может работать как одна, так и подключаться параллельно в группе светильников линии освещения с общим управляющим устройством.
[7,8,9].
1 - корпус; 2 - защитный плафон; 3 -модуль с красными светодиодами; 4 -модуль с белыми светодиодами Рисунок 5 - Общий вид универсального светильника
Применение защитного рассеивающего плафона позволяет создать равномерный одинаковый по спектру бестеневой световой поток. Суммарное потребление энергии одной осветительной установки днем будет составлять 58 Вт, а в темное время, ночью - 12 Вт, что значительно экономичнее по сравнению с другими источниками света.
а) б)
а) дежурное освещение; б) основное освещение Рисунок 6 - Режимы работы проектируемого светильника
Основной светотехнической характеристикой светильников является его светораспределения, т.е. форма кривой силы света. Кривые светораспреде-ления снимали при помощи распределительного фотометра.
Продольные и поперечные кривые силы светильника по опытным данным вычерчивались в полярных координатах.
Рисунок 7 - Вариант кривой силы света при включении всех панелей
Суммарный световой поток в продольной плоскости равен 3980 лм, в поперечной плоскости 3030лм, общий световой поток светильника будем считать, что равен 5002лм. Коэффициент полезного действия светильника с такими параметрами равен 94%.
Я7 £5
Рисунок 8 - Вариант кривой силы света при включении одной красной светодиодной панели
Суммарный световой поток в продольной плоскости равен 362 лм, в поперечной плоскости 369лм, общий световой поток светильника будем считать, что равен 372лм. Коэффициент полезного действия светильника к отношению полного светового потока с такими параметрами равен 7,04%.
При практическом использовании данной конструкции светильника можно изменять количество светодиодных панелей и количества свето-диодов. Это необходимо в тех случаях, когда невозможно регулировать освещенность изменением высоты подвеса светильников. В конструкции светильника также можно предусмотреть отключение световых панелей в тех местах, где нормированной освещенностью можно будет пренебречь, что даст возможность дополнительно экономить электроэнергию.
Список литературы
1. Коняева О.Н., Коняев Н.В. Влияние освещение на здоровье и продуктивность птицы // В сборнике: Проблемы развития современного общества. Сборник научных статей 7-й Всероссийской национальной научно-практической конференции. В 5-ти томах. Под редакцией В.М. Кузьминой. Курск, 2022. С. 81-84.
2. Коняева О.Н., Коняев Н.В. Роль искусственного освещения в птицеводстве // В сборнике: Молодежь и XXI век - 2022. Материалы 12-й Международной молодежной научной конференции. В 4-х томах. Отв. редактор М.С. Разумов. Курск, 2022. С. 308311.
3. Коняев Н.В., Соин Д.В., Блинков Б.С., Назаренко Ю.В. Энергосбережение в системе освещения животноводческих помещений // В сборнике: Оптимизация электротехнологий в АПК. Сборник научных статей по материалам Международной научно-практической конференции. 2016. С. 33-37.
4. Коняев Н.В., Назаренко Ю.В., Жданов С.И. Оптимальная система освещения // В сборнике: Интеграция науки и сельскохозяйственного производства. материалы Международной научно-практической конференции. 2017. С. 28-33.
5. Коняев Н.В., Брехов А.С., Злобин А.С. Энергосбережение в осветительных системах животноводческих помещений // Региональный вестник. 2016. №4 (5). С. 18-19.
6. Коняев Н.В., Фирсов В.С., Блинков Б.С. Обоснование применения энергосберегающих технологий для систем освещения в коровниках // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2018. № 8. С. 171-175.
7. Коняев Н.В., Ивашура А.С. Обоснование конструкции светильника для компактных люминесцентных ламп // В сборнике: Актуальные проблемы повышения эффективности агропромышленного комплекса. материалы международной научно-практической конференции. 2008. С. 17-19.
8. Коняев Н.В., Блинков Б.С., Назаренко Ю.В., Колкнев П.Ю., Злобин А.С. Обзор систем освещения для птицеводческих помещений // В сборнике: Современные тенденции развития технологий и технических средств в сельском хозяйстве. Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию А.П.Тарасенко, доктора технических наук, заслуженного деятеля науки и техники РФ, профессора кафедры сельскохозяйственных машин Воронежского государственного аграрного университета имени императора Петра I. Под общей редакцией Н.И. Бухтоя-рова, В.И. Оробинского, И.В. Баскакова. 2017. С. 22-30.
9. Коняев Н.В., Коняева Н.И. Регулируемый светильник // В сборнике: Инновационная деятельность науки и образования в агропромышленном производстве. материалы Международной научно-практической конференции. Ответственный редактор И.Я. Пи-горев. 2019. С. 107-111.
10. Коняев Н.В. Разработка универсального светильника // В сборнике: Инновации в научно-техническом обеспечении агропромышленного комплекса России. Материалы Всероссийской (национальной) научно-практической конференции. 2020. С. 50-56.
11. Коняев Н.В., Исмоилов А.И. Универсальная модель светильника // В сборнике: Будущее науки-2020. Сборник научных статей 8-й Международной молодежной научной конференции. В 5-ти томах. 2020. С. 109-112.
12. Обоснование конструкции светильника для компактных люминесцентных ламп/ Коняев Н.В., Ивашура А.С.// В сборнике: Актуальные проблемы повышения эффективности агропромышленного комплекса. материалы международной научно-практической конференции. 2008. С. 17-19.
13. Обоснование использования альтернативного электроснабжения на примере малых гидроэлектростанций/ Коняев Н.В., Назаренко Ю.В., Степашов Р.В.// В сборнике: Научное обеспечение агропромышленного производства. Материалы Международной научно-практической конференции. 2018. С. 339-344.
14. Обоснование применения энергосберегающих технологий для систем освещения в коровниках/ Коняев Н.В., Фирсов В.С., Блинков Б.С.// Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2018. № 8. С. 171-175.
15. Перспективы энергосбережения в микроклимате животноводческих помещений/ Коняев Н.В., Еремин Д.А., Вайцеховский Д.Е.// Региональный вестник. 2018. № 2 (11). С. 17-20.
16. Светодиодная облучательная установка/ Назаренко Ю.В., Коняев Н.В., Блинков Б.С., Степашов Р.В.// Региональный вестник. 2015. № 1. С. 46-47.
Konyaev Nikolay Vasilyevich, Cand.Tech.Sci., associate professor Dolzhenkov Yuri Yurievich, student Kursk State Agricultural Academy, Kursk, Russia UNIVERSAL LIGHTING SYSTEM
Abstract. It is proposed to use a system based on universal lighting installations equipped with red LEDs in addition to ordinary LED lighting sources for lighting livestock premises. Keywords: energy saving, lighting, lighting system, LED, radiation spectrum.
